一、研究背景

随着物联网和5G通信时代的到来，可穿戴电子设备因其在电磁屏蔽（EMI）、智能显示器、电子皮肤、软机器人、和个人热管理等诸多领域的广泛应用而受到了极大的关注特别是在个人热管理方面，可穿戴加热器显示出许多有趣的功能，如抑制慢性炎症；促进血液循环，减少关节僵硬，缓解肥胖引起的疼痛。近年来，可穿戴式加热器在物理治疗和化疗中得到了广泛的应用然而，现代电子设备产生的不受欢迎的电磁波对人类的健康构成了威胁。此外，由细菌引起的伤口传染病也给人们带来了痛苦，造成了巨大的经济损失为了克服上述问题，迫切需要具有多功能的可穿戴加热器。

虽然传统的塑料基基材具有柔性和可弯曲性，但由于其与人体皮肤的机械不匹配和糟糕的渗透性，它们不适合作为柔性热治疗设备的候选者相比之下，具有可调节成分的纤维素织物，具有固有的柔韧性和舒适的透气性，是制造可穿戴加热器的一个有前途的备选方案。然而，纤维素织物是不导电和绝缘的，很难实现加热功能。

包括金属纳米线、导电聚合物、石墨烯和碳纳米管在内的各种导电纳米材料已被应用于制造具有多功能功能的可穿戴电子织物金属纳米线具有优良的导电性，但成本高且不稳定，在环境中容易氧化导电聚合物是柔软的，可折叠的，但它们的导电性相对较低，这需要高电压用于可穿戴加热器。此外，由于缺乏表面官能团，石墨烯和碳纳米管与衬底的相互作用很弱，这极大地阻碍了它们在可穿戴加热器中的应用因此，迫切需要寻找新型高效的导电纳米材料来制作新型可穿戴加热器。

MXene是一种化学式为Mn+1XnTx的新型二维材料，其中M、X和T分别指过渡金属、碳和/或氮和表面官能团，近年来在电磁干扰、焦耳加热、光热转换和抗菌等领域得到了广泛应用MXenes由于其表面官能团、类似金属的导电性和典型的分层结构，在制造多功能可穿戴热治疗设备方面也显示出独特的优势。特别是，由于其众多的表面官能团，亲水性表面使其与底物具有很强的相互作用。因此，作为替代导电纳米填料，MXenes显示出制造多功能可穿戴加热器的巨大潜力。

MoSe2作为一种典型的二维金属二硫族化合物（TMD）材料，在k离子电池和析氢反应中具有优异的性能。这主要是因为MoSe2比其他TMD材料（如MoS2、WS2和TiS2）具有更多的金属性质此外，TMD材料在EMI屏蔽、光热转换和抗菌性能方面表现出优异的性能此外，电阻温度系数（TCR）是导电材料表征其电阻对温度依赖性的关键参数，这对焦耳加热装置至关重要。最近，TCR阳性的MXene已被证实正的TCR意味着一旦材料的温度升高，材料的导电性就会降低。电导率越低，产生的电场越弱。已知焦耳热的产生是由加速的电子和光子在外加电场作用下的非弹性碰撞引起的因此，MXene的焦耳加热性能可能受到其固有的正TCR效应的限制。然而，一些TMD材料如MoS2、MoSe2和WSe2已经被证实具有负的TCR在MXene表面引入MoSe2产生了有趣的负TCR性质。与纯MXene相比，它可以获得更好的焦耳加热性能。此外，具有优异光热转换性能的MXenes和TMD材料已被广泛报道，并分别在太阳能蒸汽发电中得到广泛应用。然而，这两种材料的结合鲜有报道。

MXenes具有优良的导电性，已被广泛用作电磁干扰材料。然而，它们的主要电磁干扰机制是反射而不是吸收，这可能造成电磁波的二次污染由于与电磁波的阻抗匹配，已经报道了具有优异电磁波吸收能力的TMD材料因此，在MXene表面引入MoSe2可以通过调节电磁参数和优化阻抗匹配来提高MXene的吸收能力。

MXenes具有抗菌特性，这源于其锋利的边缘这种单一的抗菌方法限制了它们的抗菌能力。具有半导体特性的TMD材料可以通过光催化产生活性氧（ROS）来杀死细菌。然而，由于电子和空穴的高重组率，它们的抗菌能力受到限制。这个问题可以通过引入具有高导电性的贵金属，如Au和Pt，通过加强电子和空穴的分离来解决。然而，贵金属是昂贵的。因此，需要寻找一种具有高导电性的新型材料来替代它们。在这方面，MXene可能是一个很好的替代贵金属的候选者。一旦制备出MXenes和TMD材料的复合材料，它们可能比纯材料具有更好的抗菌性能。构建异质结构是增强各单组分能力的有效方法之一因此，制备MoSe2@MXene异质结构具有重要意义。同时，我们假设MoSe2@MXene异质结构对提高上述性能具有协同效应。同时，对于MoSe2@MXene异质结构的多功能可穿戴加热器的研究还很少有报道。

本文通过反复浸渍和真空干燥制备MXene包覆纤维素织物（MXene/CFs）。随后，通过水热法在MXene/CFs上生长MoSe2纳米片，得到MoSe2@MXene装饰纤维素织物（MoSe2@MXene/CFs）（图1）。得到的MoSe2@MXene/CFs具有优异的焦耳加热性能，包括低刺激电压下的高焦耳加热温度、快速响应时间和长期加热可靠性。MoSe2@MXene/CFs经过1000次弯曲和松弛后，其电导率和焦耳加热性能保持良好。更重要的是，通过电导率、TCR和热发射率分别分析了优异的焦耳加热性能。此外，MoSe2@MXene/CFs在低辐照光强下表现出优异的光热加热性能。此外，MoSe2@MXene/CFs具有良好的电磁干扰屏蔽和抗菌性能。进一步研究了MXene和MoSe2之间的协同效应。开发的多功能纤维素织物在可穿戴电子产品、智能皮肤和医疗等先进可穿戴应用方面显示出巨大的潜力。

二、摘要

对可穿戴电子设备的需求不断增长，促使多功能智能织物的发展。然而，如何制造出具有满意的机械性能、优异的焦耳加热性能、高效的光热转换、出色的电磁屏蔽效能和优异的抗菌能力的多功能智能织物，仍然面临着挑战。本文通过将MXene纳米片沉积在纤维素织物上，然后采用简单的水热法在MXene层上生长MoSe2纳米片，制备了一种基于MoSe2@MXene异质结构的多功能纤维素织物。实现了具有快速焦耳加热响应（在4 V供电电压下25 s内加热至230°C）和在重复弯曲循环（高达1000次循环）下性能稳定的低压焦耳加热治疗平台。此外，该多功能织物还具有优异的光热性能（光强为400 mW cm−2，照射25 s可达130°C），优异的电磁干扰屏蔽效果（37 dB），以及优异的抗菌性能（对大肠杆菌，枯草芽孢杆菌和金黄色葡萄球菌的抗菌率达90%）。这项工作为制造用于移动医疗和个人热管理的多功能可穿戴热治疗设备提供了有效途径。

三、结论

综上所述，MoSe2@MXene/CFs是通过重复浸渍涂覆，然后是简单的水热法制备的。得到的MoSe2@MXene/CFs具有优异的快速（25 s）和低压（4 V）焦耳加热性能（230°C），令人满意的结构完整性，卓越的加热性能可靠性（1000次弯曲和放松循环），优越的光热转换性能（130°C, 400 mW cm - 2），出色的EMI能力（EMI SE 37 dB），以及充足的抗菌能力（对大肠杆菌，枯草芽孢杆菌和金黄色葡萄球菌的抗菌率为bbb90 %）。所研制的多功能MoSe2@MXene/CFs在可穿戴加热器、医疗、人工智能等领域具有广泛的应用潜力。

图1.MoSe2@MXene/CFs 的制造示意图。

图2.a) MAX 和 MXene 的 XRD 图。 b) MXene/CFs 的 SEM 图像。d) 纯纤维素织物、MXene/CFs 和 MoSe2@MXene/CFs 的 XRD 分析。 e) MoSe2@MXene/CFs 的 SEM 图像。 f) MoSe2@MXene/CFs 的 SEM 图像及其相应的 MoSe2@MXene/CFs 中 Ti、C、O、F、Mo 和 Se 的 EDS 元素图谱。