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  隨著電子信息技術(shù)的迅速發(fā)展和物聯(lián)網(wǎng)的大力建設(shè)，電磁污染和電磁干擾（EMI）也愈發(fā)嚴(yán)重。電磁屏蔽技術(shù)在控制或減輕電磁輻射污染方面起著至關(guān)重要的作用，而高性能電磁屏蔽材料是實(shí)現(xiàn)電磁屏蔽的關(guān)鍵。在航空航天、便攜式和可穿戴智能電子設(shè)備領(lǐng)域中，迫切需要高性能、輕質(zhì)、高導(dǎo)電性和超彈性，甚至耐極端環(huán)境的電磁屏蔽材料，但是它們的研究開(kāi)發(fā)仍然面臨艱巨挑戰(zhàn)。二維過(guò)渡金屬碳/氮化物（MXene）的納米片層結(jié)構(gòu)、出眾的電學(xué)性質(zhì)、極性的表面性質(zhì)使其在制備高效的電磁屏蔽材料方面展現(xiàn)出極大的潛力和競(jìng)爭(zhēng)力。但由于MXene表面的官能團(tuán)種類(lèi)、片層大小以及較弱的納米片層間作用力的限制，難以制備得到兼具高彈性和高導(dǎo)電性的輕質(zhì)可壓縮三維結(jié)構(gòu)。

  北京化工大學(xué)于中振教授、張好斌教授團(tuán)隊(duì)展示了一種有效的方法來(lái)提高M(jìn)Xene基氣凝膠的彈性，同時(shí)保持其高導(dǎo)電性和低密度特性。基于MXene納米片與酸化碳納米管（aCNT）的協(xié)同作用，通過(guò)定向冷凍和后續(xù)冷凍干燥構(gòu)建了具有類(lèi)爬山虎微形貌的MXene/aCNT各向異性氣凝膠。MXene納米片構(gòu)建了各向異性多孔骨架，而aCNTs像爬山虎一樣牢牢地抓住MXene納米片形成的孔壁，不僅提升了MXene基氣凝膠的強(qiáng)度，還實(shí)現(xiàn)了氣凝膠的超輕性和超彈性。同時(shí)，高導(dǎo)電骨架、多孔結(jié)構(gòu)以及MXene和aCNT上豐富的可極化中心賦予了氣凝膠極高的電磁屏蔽性能。此外，定向多孔的全無(wú)機(jī)骨架不僅使得MXene/aCNT各向異性氣凝膠具有良好的隔熱性能，還可以經(jīng)受極端溫度（-196~300℃）環(huán)境而不會(huì)發(fā)生脆斷或融化，仍然保持很好的壓縮回彈性。這些特性使該氣凝膠有望應(yīng)用于熱敏感電子器件的隔熱、緩震、電磁干擾防護(hù)等領(lǐng)域。

本文亮點(diǎn)

  1. 受爬山虎植物的啟發(fā)構(gòu)建了一維酸化碳納米管/二維MXene納米片協(xié)同增強(qiáng)的輕質(zhì)、高導(dǎo)電、超彈性的各向異性MXene/酸化碳納米管氣凝膠（MCA）；

  2. 解決了MXene氣凝膠在超低密度下難以兼具高彈性和高導(dǎo)電的問(wèn)題，添加5 wt %酸化碳納米管的MCA便可以實(shí)現(xiàn)超彈性、塑性形變小、抗疲勞壓縮性能好等優(yōu)點(diǎn)，其密度可以低至9.1 mg cm^?3，電導(dǎo)率為447.2 S m^-1,與石蠟復(fù)合后其在X波段的EMI屏蔽性能超過(guò)51 dB。而當(dāng)MCA密度增至18.2 mg cm^?3時(shí)，電磁屏蔽性能平均可達(dá)90 dB。

  3. 更有意義的是，與商業(yè)隔熱泡沫相比，MCA具有更好的保溫能力，而且能夠耐受在300 ℃高溫和液氮（-196 ℃）超低溫環(huán)境，仍保持良好的彈性。

圖1 MXene/酸化碳納米管氣凝膠的(a-c)合成流程圖及(d-g)其多功能展示。

圖2 MXene/酸化碳納米管(a-b)基元及其氣凝膠的(d-g)形貌和(h-i)結(jié)構(gòu)性質(zhì)表征。

圖3 MXene/酸化碳納米管氣凝膠的(a-c)首次壓縮回彈測(cè)試分析和(d-f)抗壓縮疲勞測(cè)試及(g)彈性機(jī)理。

圖4 MXene/酸化碳納米管氣凝膠的(a, b)電學(xué)性能、(c-e)電磁屏蔽性能和(f)屏蔽機(jī)理。

圖5 MXene/酸化碳納米管氣凝膠的(a-c)隔熱性能以及其在(d)高溫和(e)超低溫環(huán)境下的壓縮回彈性能展示。

  相關(guān)成果以“Superelastic, ultralight, and conductive Ti3C2Tx MXene/acidified carbon nanotube anisotropic aerogels for electromagnetic interference shielding”為題發(fā)表在ACS Appl. Mater. Interfaces（10.1021/acsami.1c02059）。論文的第一作者為博士生鄧志明，通訊作者為張好斌教授和于中振教授。該論文得到了國(guó)家自然科學(xué)基金和中央高�；A(chǔ)研究基金的資助。

  原文鏈接：https://doi.org/10.1021/acsami.1c02059