美國科研團(tuán)隊在納米材料領(lǐng)域取得新突破，成功開發(fā)出一種新型一維導(dǎo)電納米材料——MXene納米卷軸。這項研究發(fā)表于《先進(jìn)材料》雜志，首次實現(xiàn)了對MXene材料形貌與化學(xué)結(jié)構(gòu)的精準(zhǔn)調(diào)控，為儲能器件、生物傳感及柔性電子設(shè)備等領(lǐng)域帶來新的技術(shù)可能性。

傳統(tǒng)二維MXene材料因片層堆疊形成的狹窄通道，常面臨離子傳輸效率受限的問題。研究人員通過將片層卷曲為中空管狀結(jié)構(gòu)，有效消除了納米尺度的空間束縛效應(yīng)。這種開放幾何形態(tài)為離子遷移開辟了快速通道，顯著提升了材料在電化學(xué)應(yīng)用中的性能表現(xiàn)。

制備過程中，團(tuán)隊采用多層MXene片層作為前驅(qū)體，通過精確調(diào)控水參與的化學(xué)反應(yīng)過程，改變材料表面化學(xué)狀態(tài)。這種處理方式引發(fā)了結(jié)構(gòu)不對稱與晶格應(yīng)變，促使材料在內(nèi)應(yīng)力釋放過程中自發(fā)卷曲，最終形成穩(wěn)定的納米卷軸結(jié)構(gòu)。實驗驗證了該方法在六種不同MXene體系中的普適性，包括碳化鈦、碳化鈮、碳化釩等材料，成功制備出總量達(dá)10克的納米卷軸樣品。

新材料的物理特性表現(xiàn)突出，其厚度僅為人類發(fā)絲的百分之一。相較于傳統(tǒng)二維結(jié)構(gòu)，一維納米卷軸在保持高導(dǎo)電性的同時，展現(xiàn)出更優(yōu)異的機(jī)械剛性。這種特性組合使其在可穿戴設(shè)備中既能作為力學(xué)增強(qiáng)組件，又能構(gòu)建高效的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)。在傳感領(lǐng)域，開放的中空結(jié)構(gòu)顯著提升了材料與分子、離子的接觸面積，為生物傳感和氣體傳感提供了更高的檢測靈敏度。

研究過程中還發(fā)現(xiàn)，碳化鈮MXene納米卷軸在特定條件下呈現(xiàn)出超導(dǎo)行為的初步跡象。此前該類材料的超導(dǎo)特性僅在壓制顆粒或粉末中觀察到，而此次在一維連續(xù)結(jié)構(gòu)中發(fā)現(xiàn)的超導(dǎo)跡象，可能與卷曲過程引入的晶格應(yīng)變密切相關(guān)。這一發(fā)現(xiàn)為探索新型超導(dǎo)材料提供了新的研究方向，但具體作用機(jī)制仍需進(jìn)一步實驗驗證。