[ACS Nano]Ultraflexible and Mechanically Strong Double-Layered Aramid Nanofiber-Ti3C2Tx MXene/Silver Nanowire Nanocomposite Papers for High-Performance Electromagnetic Interference Shielding
作者：Zhonglei Ma*, Songlei Kang, Jianzhong Ma*,Yali Zhang, Junwei Gu*
關(guān)鍵字：Ti3C2Tx MXene, Silver Nanowire, Nanocomposite Papers
論文來源：期刊
具體來源：ACS Nano
發(fā)表時間：2020年
隨著電子與通訊設(shè)備高功率化、高密度化和高集成化技術(shù)的迅猛發(fā)展，由電磁波引起的電磁輻射、電磁干擾和信息泄露等問題日益嚴重，同時對人體健康造成嚴重威脅。為保障精密電子元器件的運行可靠性和信息安全性，保護人體健康，需使用高效的電磁屏蔽材料衰減電磁波能量。尤其是隨著第五代（5G）和第六代（6G）通訊技術(shù)的快速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，相關(guān)領(lǐng)域?qū)﹄姶牌帘尾牧咸岢隽烁叩囊蟆Xenes是一類新型二維（2D）過渡金屬碳化物和/或氮化物納米材料，具有優(yōu)異的金屬導電性、親水性并且與聚合物之間具有良好的界面相互作用，被廣泛應(yīng)用于輕質(zhì)高效電磁屏蔽材料的開發(fā)。然而，MXene基電磁屏蔽材料較低的柔韌性和力學性能嚴重限制了該材料在航空航天、軍事工程、人工智能和柔性可穿戴電子設(shè)備等領(lǐng)域的應(yīng)用。通過引入聚合物或有機納米纖維是增強MXene基電磁屏蔽材料的有效途徑，但同時增大了相鄰MXene片層之間的接觸電阻，因而難以兼顧MXene基電磁屏蔽材料的柔韌性、高電磁屏蔽效能和高力學性能。本研究采用簡便高效的兩步真空輔助抽濾（TVAF）-熱壓成型法，設(shè)計開發(fā)了一種基于高導電Ti3C2Tx MXene、銀納米線（AgNWs）和芳綸納米纖維（ANFs）的柔性高強多功能電磁屏蔽復合薄膜。所得雙層結(jié)構(gòu)ANF-MXene/AgNW電磁屏蔽復合薄膜中，MXene/AgNWs和ANFs分別作為高效導電層和高性能聚合物增強層，使電磁屏蔽復合薄膜兼具良好的柔韌性、優(yōu)異的力學性能、高電導率、突出的寬頻電磁屏蔽性能和熱管理性能等特性。由于Ti3C2Tx MXene表面的羥基（-OH）與ANFs及銀納米線之間均能形成氫鍵作用，從而使ANF增強層與MXene/AgNW導電層之間具有良好的界面結(jié)合作用，復合薄膜表現(xiàn)出優(yōu)異的柔韌性和力學性能。當MXene/AgNW含量僅為20 wt%時，復合薄膜的拉伸強度和斷裂伸長率分別達到235.9 MPa和24.8%，電磁屏蔽效能（EMI SE）達到48.1 dB，EMI SE/t達到10688.9 dB·cm-1。當MXene/AgNW含量為80 wt%時，復合薄膜的電導率和EMI SE分別最高達到3725.6 S·cm-1 和~80 dB。電磁屏蔽機制以電磁波吸收為主導，包括MXene/AgNW導電層的電導損耗、MXene片層間的多重內(nèi)部反射損耗和局部偶極子的極化損耗等。此外，雙層結(jié)構(gòu)復合薄膜還表現(xiàn)出優(yōu)異的快速響應(yīng)焦耳電發(fā)熱性能，在2.5V低外施電壓下復合薄膜的發(fā)熱溫度可達到110℃，且在空氣中長時間發(fā)熱、反復彎折等條件下都保持良好的電發(fā)熱穩(wěn)定性。此項工作為柔性高強多功能電磁屏蔽復合材料的設(shè)計開發(fā)提供了一種簡便高效的方法，所得柔性高強多功能電磁屏蔽復合材料在航空航天、軍事工程、人工智能和柔性可穿戴電子設(shè)備等領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用潛力。