高性能MXene水凝胶：未来游动发电机的新星

高性能MXene水凝胶：未来游动发电机的新星

引用

网易

等

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来源

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https://www.nmsci.cn/nmsci/13540

上海工程技术大学张艳、杨东野团队近期研发出一种新型高性能MXene水凝胶，这种水凝胶不仅具有卓越的自驱动性能，最高瞬时速度可达19.6 cm/s，并能持续运动50分钟，还具备出色的可降解性（98天内降解率达95.29%）和可重复性（25次循环）。此外，该水凝胶在海水中能实现高达0.83 V的电压输出，在K₂CO₃溶液中更是达到了1.26 V的电压，展现了极高的能量转换效率。这一创新成果为未来的智能材料应用提供了广阔前景，有望成为游动发电机领域的明星材料。

MXene是一种二维过渡金属碳、氮或碳氮化物，具有多样的组成和性能调节特点，在储能、催化、电磁屏蔽等领域有广泛应用潜力。上海工程技术大学团队将MXene与水凝胶结合，开发出一种新型复合材料，实现了性能上的重大突破。

研究显示，这种新型MXene水凝胶具有优异的自驱动性能。在实验中，水凝胶的最高瞬时速度达到19.6 cm/s，且能够持续运动50分钟。这种自驱动能力使其在无需外部动力的情况下，就能在液体环境中实现自主运动。

更值得一提的是，该水凝胶的能量转换效率显著提升。在海水环境中，水凝胶能够产生0.83 V的电压输出；而在K₂CO₃溶液中，电压输出更是高达1.26 V。这种高效的能量转换能力，使其在游动发电机领域展现出巨大的应用潜力。

MXene材料具有独特的二维层状结构，表面富含官能团，这使其在能量转换中表现出优异的性能。暨南大学刘明贤教授团队的研究表明，通过静电作用将甲壳素纳米晶与MXene复合，可以进一步提升材料的电学性能和机械性能。

水凝胶的引入为MXene提供了更好的应用载体。水凝胶具有良好的柔韧性和生物相容性，能够适应复杂的环境条件。同时，水凝胶的三维网络结构有助于固定MXene纳米片，形成稳定的导电网络，从而提高能量转换效率。

与传统的金属电极材料相比，MXene水凝胶具有明显优势。金属材料如金、银、铜存在成本高、制备工艺复杂等问题，而MXene水凝胶则具有成本低、制备简单、重量轻等优点，更适合作为可穿戴设备的能量来源。

MXene水凝胶的创新突破为其在多个领域的应用开辟了新途径。香港理工大学陶肖明教授团队基于超分子水凝胶开发的湿气发电机，已经实现了大规模集成和稳定输出，为MXene水凝胶的应用提供了有益参考。

在可穿戴设备领域，MXene水凝胶的柔性、轻质和高能量输出特性，使其成为理想的电源材料。上海交通大学王新灵教授团队开发的高缠结双网络水凝胶，具有高韧性、高回弹性和低迟滞性，为MXene水凝胶在可穿戴设备中的应用提供了技术支持。

然而，MXene水凝胶的实际应用仍面临一些挑战。例如，如何在保持高性能的同时降低成本，如何实现大规模生产，以及如何进一步提高能量转换效率等。这些问题需要通过持续的研究和技术创新来解决。

上海工程技术大学团队研发的高性能MXene水凝胶，以其卓越的自驱动性能和能量转换效率，为游动发电机领域带来了新的突破。这种新型材料不仅在技术上具有创新性，更在实际应用中展现出巨大潜力。随着研究的深入和技术的完善，MXene水凝胶有望在可穿戴设备、物联网等领域发挥重要作用，为实现绿色可持续能源提供新的解决方案。