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江南大學(xué)戴磊教授團(tuán)隊(duì)：輕薄、柔性、高性能纖維素紙基電磁屏蔽材料系列進(jìn)展
2024-09-03  來源：高分子科技

  電磁干擾（EMI）屏蔽材料能夠有效緩解和解決電磁輻射污染及干擾問題，對人民生命健康與國防安全等重要領(lǐng)域意義重大。輕薄型高屏蔽性能EMI屏蔽材料是當(dāng)前發(fā)展的重要趨勢，而以天然纖維素為原料制備該類材料則更符合當(dāng)前可持續(xù)發(fā)展要求，對于“低碳”發(fā)展具有重要意義。基于此，江南大學(xué)紡織科學(xué)與工程學(xué)院戴磊教授課題組以纖維素為主要原料，MXene為導(dǎo)電填料，通過對纖維素紙表面改性和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，構(gòu)建了一系列輕薄、柔性高性能的電磁屏蔽材料。相關(guān)成果相繼發(fā)表在Carbohydrate Polymers（IF=10.7）、Journal of Materials Science & Technology（IF=11.2）和Chemical Engineering Journal（IF=13.3）學(xué)術(shù)期刊上，江南大學(xué)戴磊教授為通訊作者，研究生韋嘉盛為第一作者，常州大學(xué)雷廷宙教授共同指導(dǎo)了該工作。研究工作得到了國家自然科學(xué)基金（22178208；31901265）的資助。


1. 基于全多糖水凝膠和MXene設(shè)計(jì)的電磁屏蔽紙



  本項(xiàng)工作以TEMPO氧化纖維素納米纖維（TOCNF）為主要原料，通過與陽離子瓜爾豆膠（CGG）自組裝形成水凝膠，在纖維素紙表面封裝MXene，構(gòu)建了一種電磁屏蔽復(fù)合紙（TC-M）。結(jié)果顯示，復(fù)合紙的電導(dǎo)率為3843 S·m?1，EMI屏蔽效能（EMI SE）達(dá)到49.37 dB，且組裝形成的雙層復(fù)合紙EMI SE高達(dá)73.99 dB。此外，聚二甲基硅氧烷（PDMS）的引入保護(hù)了復(fù)合紙的EMI屏蔽性能，改善了復(fù)合紙的耐用性。


圖1. TC-M復(fù)合紙的制備示意圖


圖2. TC-M復(fù)合紙的EMI屏蔽性能


圖3. TC-M復(fù)合紙的EMI屏蔽性能


  原文鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0144861723009128


2. 具有保護(hù)性水凝膠膜的超薄柔性電磁屏蔽復(fù)合紙



  MXene電磁屏蔽材料在強(qiáng)度和穩(wěn)定性方面的不足阻礙了其實(shí)際應(yīng)用。在此，本項(xiàng)工作基于簡單的逐層涂覆和干燥工藝，構(gòu)建了一種表面具有三層功能結(jié)構(gòu)的纖維素復(fù)合紙（TC@MT）。具體而言，TEMPO氧化纖維素納米纖維（TOCNF）/陽離子淀粉（CS）/MXene凝膠層和TOCNF/MXene珍珠狀層保證了復(fù)合紙良好的EMI屏蔽性能和機(jī)械性能，而表面的TOCNF/CS水凝膠薄膜層主要用以保護(hù)MXene。結(jié)果顯示，復(fù)合紙?jiān)?/span>MXene用量為20 g m?2，厚度僅為0.1894 mm時，表現(xiàn)出出色的屏蔽性能（40.3 dB），其絕對屏蔽效能高達(dá)13216 dB cm2 g?1。此外，復(fù)合紙還具有良好的機(jī)械性能，其拉伸強(qiáng)度可達(dá)11.7 MPa。由于表面水凝膠膜層的致密結(jié)構(gòu)，其在浸入水、HCl（1 M）和乙醇液體中時有效地保護(hù)了MXene，從而使復(fù)合紙保持穩(wěn)定的EMI屏蔽性能。


圖4. TC@MT復(fù)合紙的制備示意圖


圖5. TC@MT復(fù)合紙的EMI屏蔽性能


圖6. 表面水凝膠膜的保護(hù)性能


  原文鏈接：https://www.jmst.org/EN/10.1016/j.jmst.2023.05.056


3. 具有類瓦楞紙結(jié)構(gòu)的高性能電磁屏蔽復(fù)合紙



  受瓦楞紙中間層超大距離的啟發(fā)，他們通過組裝兩張改性纖維素紙和氣凝膠薄膜，提出了一種具有類瓦楞紙結(jié)構(gòu)的新型復(fù)合紙（TCT/TC/TCT）。由于纖維素紙和氣凝膠膜的存在，組裝的復(fù)合紙構(gòu)成了一個標(biāo)準(zhǔn)的Fabry-Pérot腔（“導(dǎo)電層-絕緣層-導(dǎo)電層”），這有助于電磁波能量的衰減。該復(fù)合紙?jiān)诤穸葹?/span>0.6678 mm，MXene含量為6.9 wt%時，EMI SE達(dá)到71.0 dB。此外，復(fù)合紙還表現(xiàn)出優(yōu)異的紅外隱身能力，能夠有效屏蔽人體的熱輻射。且復(fù)合紙?jiān)诟邷貤l件下（高達(dá)120 ℃）仍表現(xiàn)出出色的紅外隱身能力。


圖7. TCT/TC/TCT復(fù)合紙的制備示意圖


圖8. TCT/TC/TCT復(fù)合紙的EMI屏蔽性能


圖9. TCT/TC/TCT復(fù)合紙的紅外隱身性能


  原文鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S138589472406460X

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