將過(guò)渡金屬碳化物/氮化物(MXenes)油墨加工成大面積功能涂料，有望在電磁干擾(EMI)屏蔽和紅外隱身方面發(fā)揮重要作用。然而，MXene的薄片尺寸和堆疊方式極大地限制了涂層的性能，尤其是在可擴(kuò)展的制備技術(shù)中。在此，通過(guò)設(shè)計(jì)小MXene薄片與兒茶酚胺分子的界面相互作用，證明了大面積生產(chǎn)高致密和定向的MXene涂層。兒茶酚胺分子可以微交聯(lián)MXene納米片，顯著改善油墨的流變性能。它有利于葉片涂層過(guò)程中剪切誘導(dǎo)的薄片排列和抑制結(jié)構(gòu)缺陷，使得通過(guò)大面積涂層或圖案印刷實(shí)現(xiàn)MXene組裝的高取向和致密化成為可能。有趣的是，MXene/兒茶酚胺涂層表現(xiàn)出高達(dá)12 247 S cm−1的高電導(dǎo)率和2.0 ×10 5 dB cm2 g−1的超高電磁屏蔽效能，明顯優(yōu)于大多數(shù)已報(bào)道的MXene材料。此外，規(guī)則的組裝結(jié)構(gòu)也使MXene涂層具有較低的紅外發(fā)射率，適用于紅外隱身應(yīng)用。因此，具有高效EMI屏蔽和低紅外發(fā)射率的MXene/兒茶酚胺涂層證明了在航空航天、軍事和可穿戴設(shè)備中應(yīng)用的可行性。
圖1. a) MXene/兒茶酚胺油墨和涂料的制作示意圖。b) MXene/NE、MXene/DA和MXene/DOPA油墨的不同粘度(插圖:傾斜滑動(dòng)上的油墨流動(dòng)性)。c)大面積MXene/兒茶酚胺涂層。d) MXene基涂層的電磁干擾屏蔽和紅外隱身應(yīng)用。
圖2. a) d-MXene油墨的Zeta電位。b) d-MXene-2.5涂層的N 1s XPS光譜。d- mxene油墨的c)粘度和d)模量圖的頻率依賴性。e) d-MXene油墨的G ' /G″與頻率的值。f) d-MXene油墨的流變學(xué)調(diào)節(jié)機(jī)制。
圖3. a)濕法制備的MXene和d-MXene涂層;b)通過(guò)葉片涂層法制備的大面積涂層。c)在各種基材上涂刷d-MXene涂層。平行于薄片平面的入射x射線束的WAXS圖案以及d) d-MXene-0.5涂層和e)過(guò)濾MXene膜的(002)峰的相應(yīng)方位掃描曲線。f)原始d-MXene涂層和g)退火d-MXene涂層的截面SEM圖像。h) d-MXene-0.5涂層退火前后的XRD圖。i) d-MXene涂層的薄板取向和致密原理圖。
圖4. a)過(guò)濾后的MXene膜與不同DA含量的d-MXene-x膜的電導(dǎo)率比較。b)不同DA含量的退火處理d-MXene-x涂層的電導(dǎo)率。c)不同厚度的d-MXene-0.5涂層和6 μm厚度的過(guò)濾MXene膜的EMI性能。d) d- mxene -x涂層退火前后EMI SE比較。e)退火后不同厚度的d-MXene-0.5涂層的EMI SE。f)約1 μm的MXene/NE-1.5、MXene/DOPA-1.5和MXene/DA- 1.5涂層的電導(dǎo)率和g) EMI SE。h) d-MXene涂層與各種導(dǎo)電膜以及不同厚度涂層(包括MXene、石墨烯、CNT和金屬箔)的EMI SSE/t比較。i)電磁干擾屏蔽機(jī)理示意圖。
圖5. a)厚度為3 μm的d-MXene-0.5涂層和濾過(guò)的厚度為3 μm的MXene薄膜的發(fā)射率光譜。b)位于≈100℃石墨板上的d-MXene-0.5涂層和過(guò)濾后的MXene膜的IR照片。在c)≈200℃和d)≈285℃的石墨板上的d- mxene -0.5涂層的IR照片。e)不同溫度下石墨板上d-MXene-0.5涂層的紅外檢測(cè)溫度。f) d-MXene刀片涂布和涂刷工藝演示圖。g)使用d-MXene油墨在陶瓷刷上的圖案涂層的數(shù)字和IR熱圖像。h)使用d-MXene油墨涂刷的飛機(jī)模型上的圖案涂層的數(shù)字和IR熱圖像。i)涂有d-MXene的PI薄膜覆蓋手指的紅外熱像。
相關(guān)科研成果由北京化工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院Hao-Bin Zhang等人于2023年發(fā)表在Small（DOI: 10.1002/smll.202304278）上。原文：Scalable Production of Catecholamine-Densified MXene Coatings for Electromagnetic Shielding and Infrared Stealth
原文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/epdf/10.1002/smll.202304278。
轉(zhuǎn)自《石墨烯研究》公眾號(hào)
