电子设备正朝着小型化、集成化和智能化的方向发展。但高功率的微电子通常会产生热量过多，对产品性能产生负面影响，还有可能导致意外火灾。为了解决这一问题，聚合物基导热材料因其易加工、柔性和重量轻，引起了广泛关注。因为常见聚合物的隔热性能（0.5 Wm−1K−1），高导热纳米填料，如金属纳米颗粒、石墨烯纳米片（GNSs）、碳纳米管（CNTs）和氮化硼纳米片（BNNSs）等，在聚合物基导热材料的制造中至关重要。尽管金属颗粒、GNSs和CNTs可以形成有效的导热路径，但导电性高，不能满足电子器件的电绝缘要求。因此，具有优异电绝缘性的聚合物/ BNNSs导热复合材料更适合应用于电子器件。

　　超薄Ti3C2TX MXene纳米片是一种新兴的表面官能团丰富的2D材料，可通过剥离Ti3AlC2 MAX相来获得，并已应用于光催化、传感器、电磁干扰屏蔽等领域。最近，由于单层Ti3C2TZ的理论热导率可高达108 Wm−1K−1，MXene在热管理方面显示出显著的潜力。但，独立MXene薄膜的机械性能较差。通过模仿天然珍珠层结构，由1D聚合物纳米纤维和2D MXene纳米片构建的复合材料被证明突破了这一障碍。如MXene/芳纶纳米纤维、MXene/纳米纤维素和MXene/细菌纤维素纳米纤维的珍珠层状复合膜分别显示出198.8、416.1和297.5 MPa的拉伸强度，远大于原始MXene膜。然而，由于MXene纳米片建立了连续的导电路径，这种复合材料的电绝缘性和导热性仍存在冲突。迄今为止，电阻高于1×109 Ωcm、热导率超过10 Wm−1K−1的MXene基复合材料尚未实现。

　　鉴于此，中国科学院化学研究所赵宁团队通过溶胶-凝胶膜转化法，制备了高性能的聚对苯-2,6-苯并二恶唑（PBO）纳米纤维/MXene纳米片的珍珠层状复合膜，同时实现了高导热性（平面内热导率42.2 Wm−1K−1）和理想的电绝缘性（2.5×109 Ωcm），这是以前没有报道过的。此外，该复合薄膜具有优异的机械性能（拉伸强度为416.7 MPa，杨氏模量为9.1 GPa和韧性为97.3 MJm−3），还实现了出色的热稳定性和阻燃性的结合。

　　图1a显示了通过蚀刻和剥离Ti3AlC2 MAX相制备Ti3C2TX MXene纳米片的示意图。MXene纳米片的厚度约1.7 nm（图1b）。XRD表明，剥离后，MAX的（002）峰由9.51°移至6.71°，证实了MXene成功制备。PBO纳米纤维的制备如图1c所示，在甲磺酸（MSA）和三氟乙酸（TFA）的存在下，商业PBO纤维（直径约9.7 μm）被质子化并剥离成PBO纳米纤维（如图1d，平均直径为17±1 nm）。

　　具有不同填料负载的薄膜的应力-应变曲线a-c所示。由于PBO纳米纤维网络的增强作用，复合膜的力学性能远优于纯MXene膜。此外，与纯PBO膜相比，在MXene含量为10%时，纳米复合膜的力学性能得到了有效改善。当MXene含量为20%时，可获得最佳的机械性能值，拉伸强度为416.7 MPa，杨氏模量为9.1 GPa和韧性为97.3 MJm−3，分别是纯PBO膜的1.40、1.54和1.63倍。在较高的MXene含量下，机械性能逐渐降低，其中PM70甚至比PBO膜更差。

　　对折叠-展开10000次循环后PM20薄膜的机械性能（图2d）进行了研究。除了模量（E/E0=0.875），其他性质与初始值相比变化不大。此外，由于其优异的机械性能和疏水性，纳米复合膜在抗超声作用下具有出色的结构稳定性。一般来讲，对于大多数复合材料而言，强度和韧性是相互排斥的。然而，由于优化的砖和砂浆结构，PBO/MXene膜同时实现了优异的拉伸强度和韧性（图2e）。此外，该纳米复合膜可以折叠成期望的形状，承受重量压制，并且在展开后没有明显损伤。此外，还可轻松举起超过其自身重量238000倍的重量（图2f）。

　　如图3a所示，PBO膜的平面内TC为25.6 Wm−1K−1，优于大多数典型聚合物，这主要是由于PBO纳米纤维的高结晶度和精细的3D PBO纳米光纤网络，极大地减少了声子散射。复合膜的面内TC随着MXene含量的增加先增加后减少，PM20出现最高值，为42.2 Wm−1K−1。TC的显著提高与MXene纳米片和PBO纳米纤维之间的强相互作用密切相关。在图3b中，PM20的2D WAXS显示出显著的各向异性，这意味着PBO/MXene网络沿着膜面高度取向。

　　令人兴奋的是，尽管原始MXene薄膜的电导率高达1720 Scm−1，纳米复合膜表现出极高的电阻（图3c）。尤其PM10和PM20薄膜的体积电阻为3.7×109和2.5×109 Ωcm，已经满足电绝缘的评估标准（1×109 Ωcm）。推测这种异常高的电阻可归因于两个方面。一方面，对于质子消耗诱导的凝胶化方法，MSA/EA/H2O对PBO/MXene溶胶的稀释作用和凝胶在水平方向上的小线性收缩，使得MXene纳米片难以在低MXene含量下形成导电通路。另一方面，更细、更致密的PBO纳米纤维网络倾向于更均匀地覆盖MXene纳米片，以增加它们之间的接触电阻。

　　对样品进行垂直燃烧和极限氧指数（LOI）测试，以研究其阻燃性。通常，PBO（LOI~53.5%）和PM2.5（LOI~54.9%）薄膜暴露于火焰中10 s，从火焰中退出后立即自行熄灭，并没有产生熔融液滴（图4a，b）。图4c，d的SEM显示，在燃烧的PBO膜表面产生了大量的纳米纤维，在PBO/MXene膜上形成了纳米颗粒，这应该分别源于PBO纳米纤维的碳化和MXene纳米片（TiO2）的氧化。图4e-h 中XRD和拉曼研究证明了燃烧后薄膜的成分变化。燃烧后PM70的XRD图仍显示出MXene和PBO的峰，进一步证实了MXene的引入可以提高材料的热稳定性和阻燃性。在拉曼光谱中，燃烧的PM20的ID/IG值（2.68）低于燃烧的PBO膜的ID/IG值（3.25），表明由于TiO2的作用，残余碳的石墨化增加。总体而言，MXene的适当引入不仅显著提高了PBO膜的TC和机械性能，同时保持了电绝缘性能，而且进一步增强了热稳定性和阻燃性。

　　总的来说，研究者通过质子消耗均匀凝胶化过程的溶胶-凝胶膜转化法，成功制备了高性能的PBO/MXene纳米复合薄膜。由于精细而坚固的3D互连PBO/MXene网络和珍珠层状分级结构的形成，20wt% MXene复合薄膜具有了前所未有的机械性能（拉伸强度416.7 MPa，杨氏模量9.1 GPa和韧性97.3 MJm−3），平面TC（42.2 Wm−1K−1）和电绝缘（2.5×109 Ωcm）。PBO/MXene复合薄膜具有优异的热稳定性和阻燃性，在柔性电子产品的高温热管理方面有很大的前景。这项工作表明，通过结构设计可以使用导电填料来构建高导热但电绝缘的复合材料。