制备柔性、轻量化、稳定和耐久的电磁干扰(EMI)屏蔽材料是非常需要的，但仍然是一个科学挑战。本文以综纤维素纳米纤维(HNFs)为材料，采用交替策略制备了具有长期耐用性和有效电磁屏蔽性能的交变多层HNFs/MXene复合纳米纸。作为对照，采用混合方法制备了具有珍珠状片层结构的纳米纸。复合三层MXene (Ti₃C₂T_x含量为42.8%)的交错多层HNFs/MXene纳米纸具有36.91 dB的电磁屏蔽性能。更重要的是，交替多层HNFs/MXene纳米纸的力学性能表现出较高的水平(抗拉强度>159.39 MPa，韧性>7.36 MJm⁻³)。交替多层纳米纸外层的HNFs和十六烷基三甲氧基硅烷(HDTMS)疏水层可以有效地保护MXene免受氧和水分子的伤害，降低MXene的氧化速率。因此，多层交错HNFs/ MXene纳米纸(MXene质量分数为40%)在大气中放置60 天后，其EMI屏蔽效率保持在99.95 ~ 99.51%之间，且无明显疲劳。这项工作为EMI屏蔽材料提供了一种有效的策略。 
 
图1  (a) Ti₃C₂T_x纳米片的制备工艺。(b) MXene纳米薄片的原子力显微镜(AFM)图像。插图 (c)麦秸制备HNFs的原理图(d) HNFs的AFM图像。(e)交替真空过滤和疏水处理制备的三明治状HNFs/MXene纳米纸。 
 
图2. (a) HNFs3/MXene2纳米纸截面元素分布的SEM图像和x射线能谱图。(b) 25% HNFs/MXene纳米纸截面上元素分布的SEM图像和x射线能谱图。(c) HNFs和MXene可以在层界面通过氢键紧密结合。(d)未修饰和HDTMS修饰的HNFs/MXene纳米纸的水接触角。(e) HNFs/MXene纳米纸的全扫描XPS光谱。(f) HNFs/MXene纳米纸表面C、O、Si元素的相对含量。未改性(g)和HDTMS改性(h) HNFs2/MXene1纳米纸的表面SEM图像。(i) HNFs2/MXene1纳米纸在加热和超声处理下的照片。 
 
图3 (a) HNFs2/MXene1纳米纸在10 MPa下处理。(b) HNFs/MXene纳米纸的典型拉伸应力-应变曲线。(c) HNFs/MXene纳米纸的抗拉强度和韧性结果。(d) HNFs/MXene纳米纸的拉伸应变。(e) HNFs/MXene纳米纸与以往文献报道的其他MXene基复合材料的力学性能比较(表S1)。(f) MXene和HNFs/MXene基纳米纸的电流-电压(I - V)曲线。(g) MXene和HNFs/ MXene基纳米纸的电导率。(h) HNFs2/MXene1纳米纸弯曲试验。
  
图4. (a) HNFs/MXene纳米纸在x波段的EMI屏蔽。(b)交变多层HNFs/MXene纳米纸x波段平均SER、SEA和SET的比较。(c) HNFs/MXene纳米纸60天后的电磁屏蔽性能。(d)交变多层HNFs/MXene纳米纸屏蔽机理示意图。(e) HNFs/ MXene纳米纸与以往文献报道的其他材料的EMI SEE/t比较(表S2)。(f) HNFs/ MXene纳米纸在一次太阳光照下的表面平均温度图。(g) HNFs/MXene纳米纸的平均温度变化的红外图像。 
  
        相关科研成果由北京林业大学木质纤维素化学重点实验室Feng Peng等人于2022年发表在ACS Sustainable Chemistry & Engineering (https://doi.org/10.1021/acssuschemeng.2c03474)上。原文：Strong Holocellulose-Based Nanopaper with a Sandwich-Like Structure for Effective Electromagnetic Shielding。

转自《石墨烯研究》公众号