具有珍珠狀結(jié)構(gòu)和優(yōu)異電磁干擾屏蔽性能的Mxene 納米纖維復(fù)合紙的二元增強(qiáng)增韌研究

曹文濤， 陳飛飛， 朱英杰*， 張永剛， 姜瑩瑩， 馬明國(guó)， 陳 峰*（1． 林木生物質(zhì)化學(xué)北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京林業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，北京100083；． 高性能陶瓷和超微結(jié)構(gòu)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，中國(guó)科學(xué)院上海硅酸鹽研究所，上海00050）通信作者聯(lián)系方式：y．j．zhu@mail．sic．a(chǎn)c．cn; mg_ma@bjfu．edu．cn; fchen@tongji．edu．cn

近幾十年來，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展無線通信和電子設(shè)備的使用已經(jīng)越來越普遍。 然而，電子設(shè)備不可避免地會(huì)產(chǎn)生電磁輻射，不僅影響電子儀器的正常工作和使用壽命，而且對(duì)人體健康造成危害。 因此，迫切需要性能優(yōu)良的電磁干擾屏蔽材料來解決上述問題。傳統(tǒng)的金屬屏蔽材料具有優(yōu)異的電磁屏蔽性能。然而，金屬材屏蔽料的高密度和在惡劣環(huán)境中的腐蝕敏感性也限制了其應(yīng)用。 近年來，許多碳基材料（如石墨烯、還原氧化石墨烯、碳納米管）被報(bào)道，因其低密度和耐腐蝕性而被認(rèn)為是電磁屏蔽的替代材料。

Mxene 材料是一種二維納米材料，通過從三元過渡金屬碳化物中選擇性刻蝕A 元素得到，通常的化學(xué)式為Mn+1AXn，其中M 是過渡金屬，A 代表一組XIII 和XIV 族元素，X 是C 和（或）N 元素。 由于比表面積大、導(dǎo)電率高，MXene 材料具有質(zhì)量輕、電磁屏蔽性能優(yōu)異的優(yōu)點(diǎn)。 MXene 材料具有比許多金屬和碳基材料更好的電磁干擾屏蔽性能。然而，由于MXene 材料的力學(xué)性能不盡如人意，限制其在可穿戴電子設(shè)備、武器裝備、機(jī)器人關(guān)節(jié)等方面的應(yīng)用，因?yàn)檫@些應(yīng)用場(chǎng)合均要求材料具有較高強(qiáng)度，以免發(fā)生機(jī)械變形。

纖維素是地球上資源最豐富的可再生天然高分子材料。 基于纖維素制得的纖維素納米纖維（Cellulose nanofibers， CNFs）是一種增強(qiáng)的復(fù)合材料，具有較高的機(jī)械強(qiáng)度和柔韌性。 更重要的是，與其他聚合物相比，CNFs 具有一維的納米纖維結(jié)構(gòu)，使得二維導(dǎo)電納米片之間的絕緣接觸減少。 近年來，有報(bào)道指出CNFs 可以與石墨烯、還原氧化石墨烯和碳納米管集成，用于鋰離子電池、鈉離子電池和超級(jí)電容器等儲(chǔ)能領(lǐng)域。 然而，截至目前還沒有關(guān)于d-Ti3C2Tx/CNF 復(fù)合紙用于電磁屏蔽的相關(guān)報(bào)道。 因此，制備具有增強(qiáng)力學(xué)性能和電磁屏蔽性能的d-Ti3C2Tx/CNF 復(fù)合紙具有重要意義。

本研究采用簡(jiǎn)單的真空輔助過濾自組裝方法，成功地制備了由一維CNFs 和二維分層Ti3C2Tx納米片構(gòu)成的超薄柔性d-Ti3C2Tx/CNF 復(fù)合紙。 其具有珍珠狀的微觀結(jié)構(gòu)和優(yōu)異的力學(xué)性能， 極限抗拉強(qiáng)度和應(yīng)變分別達(dá)到135．4 MPa 和16．7%， 耐折試驗(yàn)彎曲次數(shù)達(dá)到14 260 次。此外，d-Ti3C2Tx/CNF 復(fù)合紙還具有優(yōu)異的導(dǎo)電性和電磁干擾屏蔽性能。 由于d-Ti3C2Tx/CNF 復(fù)合紙具有珍珠狀的微觀結(jié)構(gòu)和優(yōu)異的力學(xué)性能， 使得其在可穿戴電子設(shè)備、武器裝備、機(jī)器人關(guān)節(jié)等柔性電子領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。