将过渡金属碳化物/氮化物(MXenes)油墨加工成大面积功能涂料，有望在电磁干扰(EMI)屏蔽和红外隐身方面发挥重要作用。然而，MXene的薄片尺寸和堆叠方式极大地限制了涂层的性能，尤其是在可扩展的制备技术中。在此，通过设计小MXene薄片与儿茶酚胺分子的界面相互作用，证明了大面积生产高致密和定向的MXene涂层。儿茶酚胺分子可以微交联MXene纳米片，显著改善油墨的流变性能。它有利于叶片涂层过程中剪切诱导的薄片排列和抑制结构缺陷，使得通过大面积涂层或图案印刷实现MXene组装的高取向和致密化成为可能。有趣的是，MXene/儿茶酚胺涂层表现出高达12 247 S cm−1的高电导率和2.0 ×10 5 dB cm2 g−1的超高电磁屏蔽效能，明显优于大多数已报道的MXene材料。此外，规则的组装结构也使MXene涂层具有较低的红外发射率，适用于红外隐身应用。因此，具有高效EMI屏蔽和低红外发射率的MXene/儿茶酚胺涂层证明了在航空航天、军事和可穿戴设备中应用的可行性。
 
图1. a) MXene/儿茶酚胺油墨和涂料的制作示意图。b) MXene/NE、MXene/DA和MXene/DOPA油墨的不同粘度(插图:倾斜滑动上的油墨流动性)。c)大面积MXene/儿茶酚胺涂层。d) MXene基涂层的电磁干扰屏蔽和红外隐身应用。
 
图2. a) d-MXene油墨的Zeta电位。b) d-MXene-2.5涂层的N 1s XPS光谱。d- mxene油墨的c)粘度和d)模量图的频率依赖性。e) d-MXene油墨的G ' /G″与频率的值。f) d-MXene油墨的流变学调节机制。
 
图3. a)湿法制备的MXene和d-MXene涂层;b)通过叶片涂层法制备的大面积涂层。c)在各种基材上涂刷d-MXene涂层。平行于薄片平面的入射x射线束的WAXS图案以及d) d-MXene-0.5涂层和e)过滤MXene膜的(002)峰的相应方位扫描曲线。f)原始d-MXene涂层和g)退火d-MXene涂层的截面SEM图像。h) d-MXene-0.5涂层退火前后的XRD图。i) d-MXene涂层的薄板取向和致密原理图。
 
图4. a)过滤后的MXene膜与不同DA含量的d-MXene-x膜的电导率比较。b)不同DA含量的退火处理d-MXene-x涂层的电导率。c)不同厚度的d-MXene-0.5涂层和6 μm厚度的过滤MXene膜的EMI性能。d) d- mxene -x涂层退火前后EMI SE比较。e)退火后不同厚度的d-MXene-0.5涂层的EMI SE。f)约1 μm的MXene/NE-1.5、MXene/DOPA-1.5和MXene/DA- 1.5涂层的电导率和g) EMI SE。h) d-MXene涂层与各种导电膜以及不同厚度涂层(包括MXene、石墨烯、CNT和金属箔)的EMI SSE/t比较。i)电磁干扰屏蔽机理示意图。
 
图5. a)厚度为3 μm的d-MXene-0.5涂层和滤过的厚度为3 μm的MXene薄膜的发射率光谱。b)位于≈100℃石墨板上的d-MXene-0.5涂层和过滤后的MXene膜的IR照片。在c)≈200℃和d)≈285℃的石墨板上的d- mxene -0.5涂层的IR照片。e)不同温度下石墨板上d-MXene-0.5涂层的红外检测温度。f) d-MXene刀片涂布和涂刷工艺演示图。g)使用d-MXene油墨在陶瓷刷上的图案涂层的数字和IR热图像。h)使用d-MXene油墨涂刷的飞机模型上的图案涂层的数字和IR热图像。i)涂有d-MXene的PI薄膜覆盖手指的红外热像。
 
      相关科研成果由北京化工大学材料科学与工程学院Hao-Bin Zhang等人于2023年发表在Small（DOI: 10.1002/smll.202304278）上。原文：Scalable Production of Catecholamine-Densified MXene Coatings for Electromagnetic Shielding and Infrared Stealth
原文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/epdf/10.1002/smll.202304278。

转自《石墨烯研究》公众号