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北京林業大學木質纖維素化學重點實驗室Feng Peng等--三明治狀結構強綜纖維素基納米紙用于高效的電磁屏蔽

制備柔性、輕量化、穩定和耐久的電磁干擾(EMI)屏蔽材料是非常需要的，但仍然是一個科學挑戰。本文以綜纖維素納米纖維(HNFs)為材料，采用交替策略制備了具有長期耐用性和有效電磁屏蔽性能的交變多層HNFs/MXene復合納米紙。作為對照，采用混合方法制備了具有珍珠狀片層結構的納米紙。復合三層MXene (Ti₃C₂T_x含量為42.8%)的交錯多層HNFs/MXene納米紙具有36.91 dB的電磁屏蔽性能。更重要的是，交替多層HNFs/MXene納米紙的力學性能表現出較高的水平(抗拉強度>159.39 MPa，韌性>7.36 MJm⁻³)。交替多層納米紙外層的HNFs和十六烷基三甲氧基硅烷(HDTMS)疏水層可以有效地保護MXene免受氧和水分子的傷害，降低MXene的氧化速率。因此，多層交錯HNFs/ MXene納米紙(MXene質量分數為40%)在大氣中放置60 天后，其EMI屏蔽效率保持在99.95 ~ 99.51%之間，且無明顯疲勞。這項工作為EMI屏蔽材料提供了一種有效的策略。

圖1 (a) Ti₃C₂T_x納米片的制備工藝。(b) MXene納米薄片的原子力顯微鏡(AFM)圖像。插圖 (c)麥秸制備HNFs的原理圖(d) HNFs的AFM圖像。(e)交替真空過濾和疏水處理制備的三明治狀HNFs/MXene納米紙。

圖2. (a) HNFs3/MXene2納米紙截面元素分布的SEM圖像和x射線能譜圖。(b) 25% HNFs/MXene納米紙截面上元素分布的SEM圖像和x射線能譜圖。(c) HNFs和MXene可以在層界面通過氫鍵緊密結合。(d)未修飾和HDTMS修飾的HNFs/MXene納米紙的水接觸角。(e) HNFs/MXene納米紙的全掃描XPS光譜。(f) HNFs/MXene納米紙表面C、O、Si元素的相對含量。未改性(g)和HDTMS改性(h) HNFs2/MXene1納米紙的表面SEM圖像。(i) HNFs2/MXene1納米紙在加熱和超聲處理下的照片。

圖3 (a) HNFs2/MXene1納米紙在10 MPa下處理。(b) HNFs/MXene納米紙的典型拉伸應力-應變曲線。(c) HNFs/MXene納米紙的抗拉強度和韌性結果。(d) HNFs/MXene納米紙的拉伸應變。(e) HNFs/MXene納米紙與以往文獻報道的其他MXene基復合材料的力學性能比較(表S1)。(f) MXene和HNFs/MXene基納米紙的電流-電壓(I - V)曲線。(g) MXene和HNFs/ MXene基納米紙的電導率。(h) HNFs2/MXene1納米紙彎曲試驗。

圖4. (a) HNFs/MXene納米紙在x波段的EMI屏蔽。(b)交變多層HNFs/MXene納米紙x波段平均SER、SEA和SET的比較。(c) HNFs/MXene納米紙60天后的電磁屏蔽性能。(d)交變多層HNFs/MXene納米紙屏蔽機理示意圖。(e) HNFs/ MXene納米紙與以往文獻報道的其他材料的EMI SEE/t比較(表S2)。(f) HNFs/ MXene納米紙在一次太陽光照下的表面平均溫度圖。(g) HNFs/MXene納米紙的平均溫度變化的紅外圖像。

相關科研成果由北京林業大學木質纖維素化學重點實驗室Feng Peng等人于2022年發表在ACS Sustainable Chemistry & Engineering (https://doi.org/10.1021/acssuschemeng.2c03474)上。原文：Strong Holocellulose-Based Nanopaper with a Sandwich-Like Structure for Effective Electromagnetic Shielding。

轉自《石墨烯研究》公眾號



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