在先进纤维材料领域，将高强度、高韧性和高导电性集成于单一合成纤维中，一直是材料科学领域追求的重大突破。这类纤维有望推动下一代可穿戴电子设备、智能纺织品、轻量化航空航天电缆以及先进储能器件等技术的发展。尽管以碳纳米管和石墨烯为代表的碳纳米材料纤维已展现出优异的拉伸强度，但其固有脆性（断裂应变通常低于5%）、有限的导电性以及依赖严苛的超高温制备工艺，严重制约了其广泛应用。新兴的二维材料MXene（碳化钛）虽兼具高机械强度、优异导电性和天然亲水性，可通过温和的湿法纺丝工艺规模化制备高导电纤维，然而，现有MXene纤维的力学性能远未达到预期，其拉伸强度普遍低于300 GPa，呈现脆性断裂特征。这背后的根本原因在于MXene纳米片之间薄弱的层间相互作用以及更为关键的——纳米片之间面内边缘-边缘耦合不足，导致应力集中和片层滑移，最终引发纤维断裂。

受古代层状板甲中绳索连接结构的启发，南开大学梁嘉杰教授团队提出了一种“分子绳索”面内桥接策略，利用羧甲基纤维素（CMC）包裹的单壁碳纳米管（SWCNTs）作为分子绳索，通过金属离子配位作用桥接相邻的MXene纳米片。通过温和、连续的湿法纺丝、交联和热压工艺，研究团队制备了仅含0.12%分子绳索的MXene纤维，其力学性能获得显著提升：拉伸强度达到（1.48 ± 0.06） GPa（峰值1.55 GPa），延展性达17.7 %± 0.8%，韧性达（131.0 ± 8.7） MJ/m³（峰值140 MJ/m³），相比纯MXene纤维分别提高了480%、300%和1620%，同时导电率仍保持在10400 S /cm以上，体积电容达1645 F/cm³。这些性能指标使CS-MXene纤维在拉伸强度与韧性、导电率与韧性以及比电容与拉伸强度等多维性能对比中均处于领先地位。这一分子绳索策略有望推广至其他二维纳米片材料，以最大化其纤维的力学性能。相关论文以“In-plane molecular cord bridging as a method for boosting MXene fiber strength and toughness”为题，发表在Nature Communications上。

图1. CS-MXene纤维的设计与制备

图2. 结构表征

图3. MXene、C-MXene和CS-MXene纤维的力学与电学性能

图4. CS-MXene纤维增强增韧机制分析 

图5. CS-MXene纤维的多功能性能

该研究成功克服了MXene力学潜能开发中长期存在的关键挑战，突破了传统方法仅聚焦于界面增强或取向调控的局限，创新性地引入分子绳索策略，通过CS在MXene纳米片之间建立强健的面内和层间交联桥梁。这一设计实现了高效的三维应力传递——既跨越MXene层间垂直传递，也沿基面水平传递，将CS分子绳索转化为动态应变再分配和能量耗散组件，在载荷作用下有效抑制裂纹萌生与扩展。所制备的湿纺CS-MXene纤维集超高强度、高韧性和高导电性于一身，在可穿戴电子产品、结构复合材料和储能器件等先进应用领域展现出巨大潜力。该分子绳索桥接机制作为一种通用且可扩展的平台，有望推动各类二维纳米材料向高性能多功能纤维材料的转变。

（来源：高分子科学前沿）