北航刘明杰《ACS nano》剪切诱导大面积层状MXene电磁干扰屏蔽材料

科技 08-03 来源：高分子能源

为了屏蔽日益严重的辐射污染，可穿戴电子设备或航空航天领域迫切需要具有优异机械性能的超薄MXene基电磁干扰（EMI）屏蔽材料。然而，以通用和可扩展的方式制造具有出色 EMI 屏蔽能力的超强和刚性基于 MXene 的纳米复合材料仍然是一个挑战。在这里，受天然珍珠层结构的启发，我们提出了一种有效的超级铺展策略，在不混溶的水凝胶/油界面上使用剪切流诱导的 MXene 纳米片排列来构建高度定向的分层“实体”结构。通过自制的工业规模连续制造装置制造了连续的大面积 MXene 纳米复合薄膜。制备的 MXene 纳米复合材料薄膜的拉伸强度分别为 647.6 ± 56 MPa，杨氏模量分别为 59.8 ± 6.1 GPa。这些出色的机械性能归因于在排列良好的 MXene 纳米片之间形成的连续界面层。此外，获得的 MXene 纳米复合材料还显示出出色的 EMI 屏蔽效果（51.6 dB）。我们认为，我们的基于 MXene 的纳米复合薄膜可潜在地用作具有优异机械性能和高 EMI 屏蔽能力的电气或航空航天设备。获得的 MXene 纳米复合材料也显示出出色的 EMI 屏蔽效果 (51.6 dB)。我们认为，我们的基于 MXene 的纳米复合薄膜可潜在地用作具有优异机械性能和高 EMI 屏蔽能力的电气或航空航天设备。获得的 MXene 纳米复合材料也显示出出色的 EMI 屏蔽效果 (51.6 dB)。我们认为，我们的基于 MXene 的纳米复合薄膜可潜在地用作具有优异机械性能和高 EMI 屏蔽能力的电气或航空航天设备。

图文简介

MXene 纳米片高度有序排列的纳米复合薄膜的大面积制备和机理。(a) PVA、藻酸盐和 CA 的分子结构以及 MXene 和 CNT 的结构示意图。(b) 溶液液滴在水凝胶/油界面处的超扩散现象示意图。(c) 剪切流诱导的 MXene 纳米片沿超级扩散方向排列的机制。(d)原位固定的排列整齐的 MXene 纳米片的示意图交联(e) 大面积 MXene 纳米复合薄膜的连续制造示意图，包括在油下原位超展延的步骤藻酸盐的交联，在水浴下将凝胶膜与水凝胶表面分离，干燥，并收集成卷。左插图是连续制造具有多通道的均匀 MXene 纳米复合薄膜的示意图。右侧插图代表一卷制备好的 MXene 纳米复合薄膜。反应溶液包含 MXene 纳米片、PVA、藻酸盐和 CNT。(f) 在各种基材上转移的 MXene 纳米复合薄膜：玻璃瓶、聚四氟乙烯 (PTFE)、聚氯乙烯 (PVC)、聚对苯二甲酸乙二醇酯 (PET) 和聚苯乙烯 (PS)。

基于 MXene 的纳米复合薄膜的机械性能和表征

层状纳米复合薄膜的材料表征

基于 MXene 的纳米复合薄膜的机械和 EMI 特性

总之，我们证明了大面积的超强刚性层状 MXene 基纳米复合薄膜可以通过使用超级扩散策略连续制造。在制造过程中，长程有序的 MXene 纳米片是通过剪切力和原位的协同作用构建的藻酸盐的交联。由于排列良好的 MXene 纳米片之间形成连续的界面层，随着 MXene 纳米片的增加，聚合物链的热运动将逐渐被限制在二维纳米片之间。因此，制备的 MXene 纳米复合材料具有创纪录的拉伸强度 (647.6 ± 56) 和杨氏模量 (59.8 ± 6.1) 以及非凡的 EMI 屏蔽能力 (51.6 dB)。更重要的是，由于可规模化生产，这种方法可以拓宽高性能 MXene 纳米复合薄膜的实际应用。我们进一步推测，超级扩散策略将很容易扩展到不同的系统，通过改变二维纳米薄片或聚合物来实现高性能纳米复合材料的工业规模制造。