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随着5G时代的到来,手机、平板和智能可穿戴设备会进一步迅猛发展,环境中电磁辐射污染将日益严重。因此,迫切需要寻找超薄、轻质且高效的电磁屏蔽材料用于治理电磁污染。MXene系列二维材料自从问世以来,凭借其优越的导电性和易加工可设计性使它成为未来最有前景的高品质电磁屏蔽材料之一。但通常MXene所组装的材料密度较大,严重限制了其在航空航天以及便携式电子通讯设备等领域中的应用。本论文基于MXene(Ti3C2Tx)制备膜材料,重点研究了其轻量化过程以及电磁屏蔽性能。
用原位氢氟酸法制备单层高品质的MXene纳米片,并通过真空抽滤的方式进行MXene膜组装。在干燥去除水分时,利用MXene片层之间残留的水分作为冰晶牺牲模板,进而构建出一种层间具有三维连续多孔结构的MXene膜。孔隙结构的引入有效地降低了MXene膜密度,使密度降低至1gcm-3以下,且有利于电磁波多重反射衰减。所制备的柔性多孔MXene膜的电磁屏蔽性能极其优异,其SSE/t值可高达35837dBcm2g-1。
采用交替抽滤的方法制备“三明治结构”MXene/CNTs复合膜。碳纳米管网状结构充当了复合膜的“夹心”层,能在有效降低MXene膜密度的同时还提供了良好的电磁屏蔽性能。所构筑的一系列“三明治结构”MXene/CNTs复合膜均呈现出了较低的密度和优异的电导率。特别是MXene/CNTs@9的密度仅为1.16gcm-3,且其电磁屏蔽效能显著优于杂乱混合的MXene/CNTs复合膜。
在MXene膜体系中引入力学性能良好的纤维素纳米纤维(CNF),制备出具有优异柔韧性的MXene/CNF复合膜。冰晶牺牲模板在复合膜层间创造出丰富的孔隙结构,而CNF则通过氢键作用与MXene紧密连接,在降低MXene膜密度(1.4 g cm-3)的同时还赋予了复合膜优越的力学强度。研究发现CNF和MXene纳米片之间具有协同增强效果,制备的MXene/CNF复合膜兼具优异力学性能和电磁屏蔽效能。另外,采用交替抽滤的方法将MXene和CNF构建出“三明治结构”MXene/CNF复合膜,比较了这种特殊结构与杂乱混合的MXene/CNF复合膜在电磁干扰屏蔽方面的区别。结果表明“三明治结构”MXene/CNF复合膜的SSE/t值高于柔性多孔MXene/CNF复合膜。本文的设计思路和方法使MXene基膜轻量化的同时还具备优异的电磁屏蔽性能,对于需要轻质电磁屏蔽材料的应用领域具有重要的意义。
用原位氢氟酸法制备单层高品质的MXene纳米片,并通过真空抽滤的方式进行MXene膜组装。在干燥去除水分时,利用MXene片层之间残留的水分作为冰晶牺牲模板,进而构建出一种层间具有三维连续多孔结构的MXene膜。孔隙结构的引入有效地降低了MXene膜密度,使密度降低至1gcm-3以下,且有利于电磁波多重反射衰减。所制备的柔性多孔MXene膜的电磁屏蔽性能极其优异,其SSE/t值可高达35837dBcm2g-1。
采用交替抽滤的方法制备“三明治结构”MXene/CNTs复合膜。碳纳米管网状结构充当了复合膜的“夹心”层,能在有效降低MXene膜密度的同时还提供了良好的电磁屏蔽性能。所构筑的一系列“三明治结构”MXene/CNTs复合膜均呈现出了较低的密度和优异的电导率。特别是MXene/CNTs@9的密度仅为1.16gcm-3,且其电磁屏蔽效能显著优于杂乱混合的MXene/CNTs复合膜。
在MXene膜体系中引入力学性能良好的纤维素纳米纤维(CNF),制备出具有优异柔韧性的MXene/CNF复合膜。冰晶牺牲模板在复合膜层间创造出丰富的孔隙结构,而CNF则通过氢键作用与MXene紧密连接,在降低MXene膜密度(1.4 g cm-3)的同时还赋予了复合膜优越的力学强度。研究发现CNF和MXene纳米片之间具有协同增强效果,制备的MXene/CNF复合膜兼具优异力学性能和电磁屏蔽效能。另外,采用交替抽滤的方法将MXene和CNF构建出“三明治结构”MXene/CNF复合膜,比较了这种特殊结构与杂乱混合的MXene/CNF复合膜在电磁干扰屏蔽方面的区别。结果表明“三明治结构”MXene/CNF复合膜的SSE/t值高于柔性多孔MXene/CNF复合膜。本文的设计思路和方法使MXene基膜轻量化的同时还具备优异的电磁屏蔽性能,对于需要轻质电磁屏蔽材料的应用领域具有重要的意义。