在材料科学中，一个长期的探索是开发具有韧性的环氧树脂纳米复合材料，用于许多应用。 受珍珠层的启发，这篇工作报告了坚韧和导电的MXene/环氧层状块体纳米复合材料。 退火处理增强了MXene片层支架的取向。 通过表面化学修饰，改善了MXene层状支架与环氧树脂的界面相互作用，形成了协同效应。 将MXene纳米片的层间距调整到临界距离，其断裂韧性比纯环氧复合材料提高了约8倍，超过了其他环氧纳米复合材料。 受珍珠层启发的MXene/环氧层状块体纳米复合材料还表现出高的导电性，提供了结构完整性的自我监测能力，并表现出出色的电磁干扰屏蔽效率。 这里提出的策略为制备高性能环氧纳米复合材料提供了一条途径。
 
Figure 1. 天然珍珠层及导电珍珠层的制备。 （a）天然珍珠层光学图像。 (b)天然珍珠层横切面的扫描电镜图像，显示“砖和灰浆”的层状结构。 (c)天然珍珠层的机械性能。 (d)通过双向冷挤压制备导电珍珠层的组装过程示意图。 对MXene片状支架进行退火处理，并对其进行表面改性，然后将环氧前驱体渗透到MXene片状支架中。 (e)固化后获得的厘米大小导电珍珠层的光学图像。 (f)导电珍珠层截面的SEM图像，显示出与天然珍珠层相似的层状结构。 (g)导电珍珠层的力学性能，表明导电珍珠层比天然珍珠层更强、更韧。
 
Figure 2. 机械性能。 (a)作为导电珍珠层、人工珍珠层和天然珍珠层弯曲应变函数的弯曲应力。 (b)导电珍珠层、人工珍珠层和天然珍珠层的抗裂纹扩展曲线。 (c)不同天然和人工材料的比强度与比断裂韧性的阿什比图。 (d)具有长程锯齿形裂纹挠度的导电珍珠层的断口。 (e)d中蓝色框区域的放大图像。红色框区域表示裂纹分枝和微裂纹。 (f)从d中蓝色框区拍摄的放大图像，显示界面处的摩擦和导电珍珠层中向裂纹路径末端的裂纹桥接。
 
Figure 3. 珍珠层启发的MXene/环氧层状块体纳米复合材料中的界面相互作用和聚合物约束。 (a)MXene板层支架的二维SAXS图像和方位角(φ)图。 (b)对MXene、CMC、MXene片状支架及后处理MXene片状支架的FT-IR分析。 (c)纯MXene和后处理MXene片状支架Ti 2p区的XPS谱图。 后处理MXene片层支架上Si-O-Si和Ti-O-Si特征峰的增加表明接枝成功。 (d)在珍珠层激发的MXene/环氧层状块体纳米复合材料中，在不同层间距离处MXene纳米片之间的聚合物约束和化学键合示意图。
 
Figure 4. 电气特性。 (a)人工和导电珍珠层的导电性。 (b)和(c)导电珍珠层自我监测完整性，显示第一和第二负载。 (d)人造导电珍珠层EMI组。 (e)人工珍珠层和导电珍珠层在8.2GHz下的SET,SEA和SER。 (f)导电珍珠层的EMI屏蔽机制示意图。
 
       相关研究工作由北京航空航天大学Qunfeng Cheng课题组于2022年在线发表于《Angewandte Chemie International Edition》期刊上，原文：Tough and Conductive Nacre-inspired MXene/epoxy Layered Bulk Nanocomposites。

转自《石墨烯研究》公众号