苏大赵燕教授/南昆大宋平安教授等：柔性阻燃MXene/聚丙烯电磁屏蔽材料

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随着5G通讯技术和电子设备的迅猛发展，电磁波带来的电磁辐射、电磁干扰等问题日益严重，除了影响电子设备可靠性与精度外，还对人体健康产生严重的影响。此外，高频大功率电子设备和储能装置往往还伴随着火灾隐患。柔性、轻质且具有优异力学强度的阻燃高性能电磁屏蔽材料是解决电磁污染、火灾隐患的关键。 苏州大学赵燕教授课题组与澳大利亚南昆士兰大学宋平安教授以及嘉兴学院中澳先进材料与制造研究院徐之光教授、江悦博士等合作在《Journal of Materials Science & Technology》期刊上发表了题为“Flexible and flame-retarding phosphorylated MXene/polypropylene composites for efficient electromagnetic interference shielding”的论文（2022, Volume 111, Pages  66-75）。MXene纳米材料在电磁屏蔽领域具有广泛的应用前景，但是由于MXene易氧化，应用于电磁屏蔽的MXene/聚合物复合材料仍然受到局限。本论文利用阴离子六偏磷酸钠对Ti₃C₂T_x型的 MXene纳米材料进行改性以增强其抗氧化能力。首先在聚丙烯（PP）无纺布上涂覆改性MXene纳米材料，然后喷涂聚乙烯亚胺（PEI）并热压成型，制备了具有优良电磁屏蔽性能和阻燃性能的磷酸化MXene/PP复合材料。由于多聚磷酸盐的保护，磷酸化的MXene比未处理的MXene具有更强的耐高温氧化能力，热压后相邻的PP纤维在接触点发生熔合，而MXene则保持完整的导电网络，使得复合材料具有高导电性和高效电磁屏蔽性能。400微米厚的复合材料呈现出~36,700 S/m的高导电性，在8~12 GHz频率范围达到~90 dB的电磁屏蔽（EMI）性能。此外，MXene纳米材料的物理屏障效应和复合材料中的磷-氮体系协同阻燃效应使复合材料具有优异的阻燃性。与纯PP材料相比，复合材料的热稳定性和阻燃性能均显著提高，总热释放量为3.7 kJ/g，降低了78%；热释放速率（HRR）为50.0 W/g，降低了87%。该研究工作为开发超薄、轻质、柔性的应用于复杂环境的高性能电磁屏蔽阻燃复合材料提供了一种新策略。 
图1 磷酸化MXene和柔性磷酸化MXene/PP复合材料的制作流程示意图

图2 磷酸化MXene/PP复合材料的阻燃性能
图3 磷酸化MXene/PP复合材料的电磁屏蔽性能  苏州大学纺织与服装工程学院硕士生唐婷婷和博士生王姗迟为该论文的共同第一作者，论文通讯作者为苏州大学赵燕教授、澳大利亚南昆士兰大学宋平安教授和嘉兴学院中澳先进材料与制造研究院江悦博士。该研究得到国家自然科学基金、澳大利亚研究理事委员会等的资助支持。

原文链接

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1005030221010033

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