苏黎世联邦理工学院na wu等--从Mxene垃圾到多功能超柔性复合材料电磁干扰屏蔽

Original 石墨烯研究翻译石墨烯研究

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基于过渡金属碳化物/氮化物(MXenes)的柔性复合材料的发展越来越受欢迎，因为MXenes在电磁干扰(EMI)屏蔽方面具有很高的应用潜力。在这里，我们用一种简单、简便的溶液铸造方法制备了一种新型的超柔性复合膜，由“垃圾”MXene沉淀物(MS)和水性聚氨酯组成。除了优异的机械强度和导电性，复合材料的MS含量可以达到一个非常广泛的范围，从而可以控制在一个很宽的范围内的EMI屏蔽效果(SE)。含有70% MS的柔性低密度复合材料的x波段电磁干扰SE达到45.3 dB，厚度仅为0.51 mm。此外，该复合材料在x波段、p波段、k波段和r波段超宽带千兆赫频率范围内的SE值均大于34.5 dB。此外，MS/WPU复合薄膜表现出优异的电热和光热性能，展示了基于MS的EMI屏蔽的多功能。结合成本效益、可持续发展和可扩展的制备方法，从“废弃的MXene”中获得的超柔性多功能复合材料在下一代电子产品中显示出巨大的潜力。这项工作也为创新、高性能、多功能柔性复合材料的创造开辟了新的途径。

图1(a) MS/的制造过程示意图分子量复合薄膜。(b) MS片的AFM图像。(c) MS的TEM图(d) MS的衍射图(e) MS/WPU复合膜的截面SEM图。(f) C, Ti, O, Al元素MS/WPU复合薄膜的EDS映射图像。(g)显示超柔性性能的独立MS/WPU复合薄膜照片。

图2. (a)在WPU中使用不同数量MS制成的薄膜的拉伸应力-应变曲线。(b)相应的杨氏模量和抗拉强度。(c) MS基复合材料的导电性。(d)在3.0 V电压下点亮LED灯的MS/WPU复合薄膜的各种MS含量的照片。

图3在x波段范围内，不同厚度和MS负载的复合薄膜的EMI SE。

图4. 图中给出了MS/WPU复合膜的电磁干扰屏蔽机理，以达到较高的电磁干扰屏蔽性能。

图5 70 wt % MS/WPU复合薄膜在(a) 0.6 V， (b) 1.0 V， (c) 1.4 V和(d) 1.8 V电压下的电热响应。(e) 70 wt % MS/WPU复合膜的I−V曲线。(f)典型商用金属合金和由70 wt % MS/WPU制成的复合膜的平衡温度与输入功率密度曲线。(g) 70 wt % MS/WPU复合薄膜在1.8 V的稳定电压下在各种加热/冷却循环中的温度稳定性。(h) 70 wt % MS/WPU复合膜在1.4 V恒定电压下长时间的电热曲线。(i)在施加1.4 V电压下使用70 wt % MS/WPU复合膜进行除冰试验。

图6(a) 70 wt % MS/WPU复合膜在不同功率密度光照射下的光热响应曲线。(b)不同MS含量的MS/WPU复合膜在200 mW/cm²光照射下的光热响应。(c) 70 wt % MS/WPU复合膜在300 mW/cm²光照下在第1次和第10次加热/冷却循环中的光热曲线。(d) 70 wt % MS/WPU复合膜在反复加热-冷却循环和不同功率密度下的光热曲线。(e) 70 wt % MS/WPU复合膜在200 mW/cm²光照射4300 s下的光热曲线。

相关科研成果由苏黎世联邦理工学院Na Wu等人于2022年发表在ACS Applied Materials & Interfaces (https://doi.org/10.1021/acsami.2c13849)上。原文：From MXene Trash to Ultraflexible Composites for MultifunctionalElectromagnetic Interference Shielding。