隨著電子產(chǎn)品的升級和普及,電磁兼容和電磁防護(hù)問題引起廣泛關(guān)注,這對輕、薄、柔、強(qiáng)的電磁屏蔽材料提出了更高的要求。碳納米管和石墨烯等碳納米材料具有較高的力學(xué)強(qiáng)度、良好的導(dǎo)電性、低密度、較大的長徑比和良好的化學(xué)穩(wěn)定性。然而,復(fù)雜的表面改性以及碳納米管的團(tuán)聚問題會導(dǎo)致許多結(jié)構(gòu)缺陷和較大的接觸電阻。取向碳納米管(A-CNT)薄膜的制備可以有效優(yōu)化碳納米管的導(dǎo)電性和力學(xué)性能,有望用于構(gòu)建高性能電磁屏蔽結(jié)構(gòu)。過渡金屬碳化物(Ti3C2 MXene)具有類金屬的導(dǎo)電性和豐富的表面親水官能團(tuán),但較差的力學(xué)性能使其難以構(gòu)建高性能電磁屏蔽材料。此外,在H2O/O2條件下,MXene較差的氧化穩(wěn)定性嚴(yán)重破壞了其耐久性和穩(wěn)定性,限制了其廣泛應(yīng)用。
【制備與表征】
圖1 C-MXene/SA-CNT復(fù)合薄膜的制備過程示意圖
圖2 C-MXene/SA-CNT復(fù)合薄膜的微觀結(jié)構(gòu)表征和宏觀性能展示
【力學(xué)與疏水、防水性能】
圖3 C-MXene/SA-CNT復(fù)合薄膜的力學(xué)性能和相關(guān)表征
【電磁屏蔽性能】
碳納米管固有的高導(dǎo)電性和超取向結(jié)構(gòu)帶來的低接觸電阻使SA-CNT薄膜在平行和垂直方向的電導(dǎo)率分別達(dá)到34144 S/m和4970 S/m。16 μm厚的SA-CNT薄膜在平行(Pa-SE)和垂直(Pr-SE)于入射電磁波電場方向的電磁屏蔽效能(EMI SE)分別達(dá)到42 dB和22 dB,顯著優(yōu)于厚度為40 μm的抽濾制備MWCNT薄膜的13.5 dB。SA-CNT薄膜的各向異性微觀結(jié)構(gòu)導(dǎo)致了與方向有關(guān)的電磁屏蔽性能,這不利于實際應(yīng)用時屏蔽性能的均勻性和穩(wěn)定性。有趣的是,C-MXene/SA-CNT薄膜的電磁屏蔽性能的各向異性可以通過簡單和可規(guī);慕䴘n方法控制MXene的含量來調(diào)節(jié)。MXene含量分別增加到18和45 wt%時,Pr-SE值增加到35和58 dB,Pa-SE值增加到46和60 dB。5 μm厚的SA-CNT制備的復(fù)合薄膜在MXene含量為63 wt%時的Pr-SSE和Pa-SSE分別達(dá)到122368 dB·cm2·g-1和128680 dB·cm2·g-1。此外,薄膜還表現(xiàn)出在高溫高濕環(huán)境、機(jī)械變形和超寬頻率范圍內(nèi)的優(yōu)異、穩(wěn)定的電磁屏蔽性能。
圖5 C-MXene/SA-CNT復(fù)合薄膜的電磁屏蔽機(jī)理和性能對比
【電熱/光熱性能與應(yīng)用】
圖6 C-MXene/SA-CNT復(fù)合薄膜的電熱/光熱轉(zhuǎn)換性能及除冰、抗菌應(yīng)用
【小結(jié)】
原文鏈接:https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.2c08678
作者簡介

劉久榮
本文通訊作者
山東大學(xué) 教授
主要研究領(lǐng)域:長期從事電磁仿真技術(shù)、電磁功能材料設(shè)計和研制、電磁性能測試分析等相關(guān)研究;包括:吸波和屏蔽材料、氣敏材料以及電化學(xué)儲能材料。
簡介:劉久榮教授,山東大學(xué)“齊魯青年學(xué)者”特聘教授,博導(dǎo)。長期從事電磁仿真設(shè)計技術(shù)、吸波材料制備、性能調(diào)控及應(yīng)用研究,2011年入選教育部新世紀(jì)優(yōu)秀人才支持計劃,2013年獲得山東省自然科學(xué)杰出青年基金。先后承擔(dān)國家國防重大工程專項、國防基礎(chǔ)科研計劃、國家自然科學(xué)基金等國家及省部科研項目40余項,研究成果在Adv. Mater., J. Am. Chem. Soc., Matter, Nano-Micro Letters等SCI期刊上發(fā)表論文150余篇,他引超過6000次,獲得授權(quán)發(fā)明專利40余項。擔(dān)任SCI期刊Adv. Composites Hybrid Mater.編輯。
Email: jrliu@sdu.edu.cn
個人主頁:www.cmpc.sdu.edu.cn/info/1017/1011.htm
曾志輝教授
本文通訊作者
山東大學(xué) 教授
主要研究領(lǐng)域:納米復(fù)合材料、電磁屏蔽/吸收材料、柔性電子器件。
簡介:山東大學(xué)曾志輝教授課題組在電磁屏蔽、微波吸收材料的設(shè)計、制備、構(gòu)筑及應(yīng)用領(lǐng)域的研究不斷取得新的進(jìn)展。通過探索對不同導(dǎo)電納米材料及高分子聚合物的合成,原創(chuàng)性地開發(fā)了一系列輕質(zhì)、高效的電磁屏蔽材料及電磁波吸收材料。近年來,相關(guān)的研究工作發(fā)表SCI論文60余篇, 包括以第一作者或通訊作者發(fā)表在Adv. Mater.(3篇), ACS Nano (4篇), Matter, Adv. Funct. Mater., Adv. Sci., Nano-Micro Lett., Small, JMCA, Chem. Eng. J. Carbon, ACS AMI等著名國際前沿期刊,SCI論文引用3000余次,ESI高被引論文5篇,單篇最高引用500余次;受邀參加Elsevier出版社專著2章;申請、授權(quán)國際國內(nèi)發(fā)明專利20余項。擔(dān)任國際知名學(xué)術(shù)期刊Advanced Materials, Advanced Functional Materials, Small, Carbon, Composite Part A, Sensors, Nanomaterials等審稿人或客座編輯, 中國復(fù)合材料學(xué)會高級會員, 中國化學(xué)會會員,《包裝工程》雜志首屆青年編委委員;多次受邀參加相關(guān)領(lǐng)域國際國內(nèi)學(xué)術(shù)會議的大會及主題報告。
Email: zhihui.zeng@sdu.edu.cn
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