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北京航空航天大學Qunfeng Cheng課題組--小片填充和界面交聯協同作用下的MXene超強薄膜
       MXene碳化鈦具有較高的機械、電學性能和較低的紅外發射率,使其成為柔性電磁干擾(EMI)屏蔽和熱偽裝薄膜材料。 傳統觀點認為,大尺寸MXene是組裝高性能薄膜的首選構件。 然而,含有大量MXene的薄膜中的空隙使其性能下降。 雖然傳統的交聯策略可以減少空隙,但MXene片材之間的電子傳遞通常會被絕緣聚合物鍵合劑破壞,從而降低電導率。 在這里,我們展示了一種順序致密化策略,以協同地消除MXene片之間的空隙,同時加強層間電子傳輸。 首先插入MXene小片填充多層大片之間的空隙,然后通過鈣離子和硼酸鹽離子的界面交接消除剩余的空隙,包括單層片之間的空隙。 所得MXene薄膜致密,具有高的抗拉強度(739MPa)、楊氏模量(72.4GPa)、電導率(10,336 scm-1)和電磁干擾屏蔽能力(71,801 dB cm2 g-1)以及優異的抗氧化和熱偽裝性能。 該策略為其它二維薄片的高性能裝配提供了一條途徑
 
Figure 1. SDM薄膜的結構表征和力學性能。(a) 橫向尺寸為13×10cm2的照片。 (b)用纖維切割截面的SEM圖像。 刻度值,2μm。 (c)結構模型,說明小片的插層和Ca2+和硼酸鹽離子的界面交聯。 (d)利用FIB/SEMT三維重建孔洞微觀結構。 刻度值,2μm。 平行于薄膜平面入射Cu-KαX射線 (e) WAXS圖形和相應的002峰方位掃描輪廓。 結果表明,(f) SDM薄膜(紅心)的拉伸強度和楊氏模量均超過了純MXene薄膜(綠色三角形)和MXene復合薄膜(紫色正方形)。
 
Figure 2. OFLM、SM和IDM薄膜的結構和性能比較。 (a-i)結構模型、FIB/SEMT三維重建孔洞微結構、平行于薄膜平面入射Cu-KαX射線的WAXS圖形以及相應的LM(a-c)、SM(d-f)和IDM(g-i)薄膜002峰方位掃描輪廓。 LM、SM和IDM膜的片狀排列分別為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薄膜的抗拉強度、電導率和平均EMI SE在0.3~18GHz之間。 EMI SE是指電磁干擾屏蔽效能。 所有誤差條都顯示均值±標準差。
 
Figure 3. FLM、SM和IDM薄膜的搭接剪切試驗。(a)搭接剪切試驗過程的示意圖。 用環氧樹脂膠粘劑將橫向尺寸為3×4mm2的矩形MXene薄膜粘接在兩個平行的玻璃基板之間。 然后,通過以0.2mm min-1的速度向相反的方向拉襯底來施加剪切應力,直至薄膜分層。 在分層后,得到了兩個分別表示為正面和背面的斷裂表面。(b,c) LM、SM和IDM薄膜的搭接剪切強度(b)和斷裂表面(c的SEM圖像。 刻度值,20μm(c)。 對于這里所示的所有測試樣品,分層發生在MXene薄膜內部,而不是在粘合劑-MXene或粘合劑-玻璃界面。 所有誤差條都顯示均值±標準差。
 
Figure 4. LM和SDM薄膜的性能:(a)LM和SDM薄膜的拉伸應力-應變曲線;(b)LM和SDM薄膜在潮濕空氣中儲存10天過程中的電導保持率;LM和SDM薄膜在潮濕空氣中儲存10天前后的(c)電磁屏蔽系數,(d)紅外發射率以及(e)在100度加熱臺上的紅外照片。
 
        相關研究工作由北京航空航天大學Qunfeng Cheng課題組于2022年在線發表于《Nature Communications》期刊上,原文:Ultrastrong MXene films via the synergy of intercalating small flakes and interfacial bridging。

轉自《石墨烯研究》公眾號
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