将碳化钛 (Ti₃C₂T_x) MXene 纳米片组装成宏观薄膜面临着诸多挑战，包括空隙、低取向度和弱界面相互作用，这些都会降低机械性能。我们展示了一种超强宏观 MXene 薄膜，使用液态金属 (LM) 和细菌纤维素 (BC) 依次桥接 MXene 纳米片 (LBM 薄膜)，实现了 908.4 兆帕的拉伸强度。使用反复循环的刀片涂层的逐层方法将 LBM 薄膜中的取向度提高到 0.935，而具有良好变形能力的 LM 将空隙降低到 5.4% 的孔隙率。BC 的氢键和与 LM 的配位键增强了界面相互作用，从而提高了应力传递效率。顺序桥接为将其他二维纳米片组装成高性能材料提供了途径。
  
图 1. LBM 膜的制备示意图和特性。(A) 通过逐层方法制备 LBM 膜的示意图，其中反复进行刮涂和热压。MXene 纳米片与 LM 之间以及 BC 与 LM 之间分别形成 Ti-O→Ga3+ 和 C-O→Ga3+ 两种配位键。(B 和 C) BM (B) 和 LBM (C) 膜的 FIB 切割横截面形貌。比例尺，1 毫米。(D 和 E) BM (D) 和 LBM (E) 膜的纳米 CT 三维重建微结构。红色表示空隙，白色、蓝色和透明分别表示 LM、MXene 纳米片和 BC。比例尺，1 毫米。(F) BM 和 LBM 膜的孔隙率。(G) 平行于膜平面的入射 Cu-Ka x 射线束的 WAXS 图案。记录了 LBM 薄膜 (002) 峰的方位角扫描轮廓。(H) 通过不同的组装方法（包括真空过滤、蒸发和刮刀涂层），LBM 薄膜与其他 MXene 薄膜的拉伸强度和杨氏模量进行了比较。 
 
图 2. LBM 薄膜的界面相互作用表征。 (A) Ga2O3 和 LBM 薄膜的 Ga K 边 XANES 光谱。 (B) R 空间中 Ga2O3 和 LBM 薄膜的傅里叶变换 (FT)。 (C 和 D) Ga2O3 (C) 和 LBM 薄膜 (D) 的 WT 分析。 (E 至 G) 在 30° 至 120°C 的加热温度范围内进行 VT-FTIR 光谱分析。 (E) MXene 纳米片和 BC 之间的氢键。 (F) BC 和 LM 之间的 C-O→Ga3+ 配位键。 (G) MXene 纳米片和 LM 之间的 Ti-O→Ga3+ 配位键。 (H) 与氢键和配位键相关的波数偏移比较。 (I 到 L) 随着 Q 增加的四种界面相互作用的 DFT 计算。(I) MXene-MXene（弱氢键），(J) MXene-BC（氢键），(K) BC-LM（弱配位键），和 (L) MXene-LM（强配位键）。
  
图 3. LBM 薄膜的力学性能和断裂机制。（A）MXene、BC、BM、LPM 和 LBM 薄膜的应力-应变曲线。（B）BM 和 LBM 薄膜的断裂形貌。比例尺，低分辨率图像中为 5 毫米，高分辨率图像中为 1 毫米。（C）LBM 薄膜的拟议断裂机制。（D）两种界面处 Q 的 DFT 计算，四种相互作用强度：MXene-MXene、MXene-BC、BC-LM 和 MXene-LM。（E）LBM 薄膜断裂机制的有限元分析。 
 
图 4. EMI屏蔽效能表现。(A) MXene、BM、LPM、LBM薄膜的EMI SE值的频率变化函数。(B)不同厚度LBM薄膜的总EMI SE（SET）、其吸收（SEA）和反射（SER）分量。(C)不同厚度LBM薄膜的A、R、T的功率效率。(D) LBM薄膜的电磁屏蔽机理图。(E) LBM薄膜与其他MXene材料的EMI SE t−1和强度比较。
 
      相关科研成果由北京航空航天大学Qunfeng Cheng等于2024年发表在Science（https://doi.org/10.1126/science.ado4257）上。原文：Ultrastrong MXene film induced by sequential bridging with liquid metal
原文链接：https://doi.org/10.1126/science.ado4257

转自《石墨烯研究》公众号