基于過渡金屬碳化物/氮化物(MXenes)的柔性復(fù)合材料的發(fā)展越來越受歡迎，因?yàn)镸Xenes在電磁干擾(EMI)屏蔽方面具有很高的應(yīng)用潛力。在這里，我們用一種簡(jiǎn)單、簡(jiǎn)便的溶液鑄造方法制備了一種新型的超柔性復(fù)合膜，由“垃圾”MXene沉淀物(MS)和水性聚氨酯組成。除了優(yōu)異的機(jī)械強(qiáng)度和導(dǎo)電性，復(fù)合材料的MS含量可以達(dá)到一個(gè)非常廣泛的范圍，從而可以控制在一個(gè)很寬的范圍內(nèi)的EMI屏蔽效果(SE)。含有70% MS的柔性低密度復(fù)合材料的x波段電磁干擾SE達(dá)到45.3 dB，厚度僅為0.51 mm。此外，該復(fù)合材料在x波段、p波段、k波段和r波段超寬帶千兆赫頻率范圍內(nèi)的SE值均大于34.5 dB。此外，MS/WPU復(fù)合薄膜表現(xiàn)出優(yōu)異的電熱和光熱性能，展示了基于MS的EMI屏蔽的多功能。結(jié)合成本效益、可持續(xù)發(fā)展和可擴(kuò)展的制備方法，從“廢棄的MXene”中獲得的超柔性多功能復(fù)合材料在下一代電子產(chǎn)品中顯示出巨大的潛力。這項(xiàng)工作也為創(chuàng)新、高性能、多功能柔性復(fù)合材料的創(chuàng)造開辟了新的途徑。
圖1 (a) MS/的制造過程示意圖分子量復(fù)合薄膜。(b) MS片的AFM圖像。(c) MS的TEM圖(d) MS的衍射圖(e) MS/WPU復(fù)合膜的截面SEM圖。(f) C, Ti, O, Al元素MS/WPU復(fù)合薄膜的EDS映射圖像。(g)顯示超柔性性能的獨(dú)立MS/WPU復(fù)合薄膜照片。
圖2. (a)在WPU中使用不同數(shù)量MS制成的薄膜的拉伸應(yīng)力-應(yīng)變曲線。(b)相應(yīng)的楊氏模量和抗拉強(qiáng)度。(c) MS基復(fù)合材料的導(dǎo)電性。(d)在3.0 V電壓下點(diǎn)亮LED燈的MS/WPU復(fù)合薄膜的各種MS含量的照片。
圖3 在x波段范圍內(nèi)，不同厚度和MS負(fù)載的復(fù)合薄膜的EMI SE。
圖4. 圖中給出了MS/WPU復(fù)合膜的電磁干擾屏蔽機(jī)理，以達(dá)到較高的電磁干擾屏蔽性能。
圖5 70 wt % MS/WPU復(fù)合薄膜在(a) 0.6 V， (b) 1.0 V， (c) 1.4 V和(d) 1.8 V電壓下的電熱響應(yīng)。(e) 70 wt % MS/WPU復(fù)合膜的I−V曲線。(f)典型商用金屬合金和由70 wt % MS/WPU制成的復(fù)合膜的平衡溫度與輸入功率密度曲線。(g) 70 wt % MS/WPU復(fù)合薄膜在1.8 V的穩(wěn)定電壓下在各種加熱/冷卻循環(huán)中的溫度穩(wěn)定性。(h) 70 wt % MS/WPU復(fù)合膜在1.4 V恒定電壓下長(zhǎng)時(shí)間的電熱曲線。(i)在施加1.4 V電壓下使用70 wt % MS/WPU復(fù)合膜進(jìn)行除冰試驗(yàn)。
圖6 (a) 70 wt % MS/WPU復(fù)合膜在不同功率密度光照射下的光熱響應(yīng)曲線。(b)不同MS含量的MS/WPU復(fù)合膜在200 mW/cm
2光照射下的光熱響應(yīng)。(c) 70 wt % MS/WPU復(fù)合膜在300 mW/cm
2光照下在第1次和第10次加熱/冷卻循環(huán)中的光熱曲線。(d) 70 wt % MS/WPU復(fù)合膜在反復(fù)加熱-冷卻循環(huán)和不同功率密度下的光熱曲線。(e) 70 wt % MS/WPU復(fù)合膜在200 mW/cm
2光照射4300 s下的光熱曲線.
相關(guān)科研成果由蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院Na Wu等人于2022年發(fā)表在ACS Applied Materials & Interfaces (https://doi.org/10.1021/acsami.2c13849)上。原文：From MXene Trash to Ultraflexible Composites for Multifunctional Electromagnetic Interference Shielding。
轉(zhuǎn)自《石墨烯研究》公眾號(hào)
