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北京航空航天大学Qunfeng Cheng课题组--小片填充和界面交联协同作用下的MXene超强薄膜
       MXene碳化钛具有较高的机械、电学性能和较低的红外发射率,使其成为柔性电磁干扰(EMI)屏蔽和热伪装薄膜材料。 传统观点认为,大尺寸MXene是组装高性能薄膜的首选构件。 然而,含有大量MXene的薄膜中的空隙使其性能下降。 虽然传统的交联策略可以减少空隙,但MXene片材之间的电子传递通常会被绝缘聚合物键合剂破坏,从而降低电导率。 在这里,我们展示了一种顺序致密化策略,以协同地消除MXene片之间的空隙,同时加强层间电子传输。 首先插入MXene小片填充多层大片之间的空隙,然后通过钙离子和硼酸盐离子的界面交接消除剩余的空隙,包括单层片之间的空隙。 所得MXene薄膜致密,具有高的抗拉强度(739MPa)、杨氏模量(72.4GPa)、电导率(10,336 scm-1)和电磁干扰屏蔽能力(71,801 dB cm2 g-1)以及优异的抗氧化和热伪装性能。 该策略为其它二维薄片的高性能装配提供了一条途径
 
Figure 1. SDM薄膜的结构表征和力学性能。(a) 横向尺寸为13×10cm2的照片。 (b)用纤维切割截面的SEM图像。 刻度值,2μm。 (c)结构模型,说明小片的插层和Ca2+和硼酸盐离子的界面交联。 (d)利用FIB/SEMT三维重建孔洞微观结构。 刻度值,2μm。 平行于薄膜平面入射Cu-KαX射线 (e) WAXS图形和相应的002峰方位扫描轮廓。 结果表明,(f) SDM薄膜(红心)的拉伸强度和杨氏模量均超过了纯MXene薄膜(绿色三角形)和MXene复合薄膜(紫色正方形)。
 
Figure 2. OFLM、SM和IDM薄膜的结构和性能比较。 (a-i)结构模型、FIB/SEMT三维重建孔洞微结构、平行于薄膜平面入射Cu-KαX射线的WAXS图形以及相应的LM(a-c)、SM(d-f)和IDM(g-i)薄膜002峰方位扫描轮廓。 LM、SM和IDM膜的片状排列分别为0.874±0.004、0.709±0.012和0.813±0.007。 刻度值,2μm(b,e,h)  (j) LM、SM和IDM薄膜的抗拉强度、电导率和平均EMI SE在0.3~18GHz之间。 EMI SE是指电磁干扰屏蔽效能。 所有误差条都显示均值±标准差。
 
Figure 3. FLM、SM和IDM薄膜的搭接剪切试验。(a)搭接剪切试验过程的示意图。 用环氧树脂胶粘剂将横向尺寸为3×4mm2的矩形MXene薄膜粘接在两个平行的玻璃基板之间。 然后,通过以0.2mm min-1的速度向相反的方向拉衬底来施加剪切应力,直至薄膜分层。 在分层后,得到了两个分别表示为正面和背面的断裂表面。(b,c) LM、SM和IDM薄膜的搭接剪切强度(b)和断裂表面(c的SEM图像。 刻度值,20μm(c)。 对于这里所示的所有测试样品,分层发生在MXene薄膜内部,而不是在粘合剂-MXene或粘合剂-玻璃界面。 所有误差条都显示均值±标准差。
 
Figure 4. LM和SDM薄膜的性能:(a)LM和SDM薄膜的拉伸应力-应变曲线;(b)LM和SDM薄膜在潮湿空气中储存10天过程中的电导保持率;LM和SDM薄膜在潮湿空气中储存10天前后的(c)电磁屏蔽系数,(d)红外发射率以及(e)在100度加热台上的红外照片。
 
        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《Nature Communications》期刊上,原文:Ultrastrong MXene films via the synergy of intercalating small flakes and interfacial bridging。

转自《石墨烯研究》公众号
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