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  隨著電子產(chǎn)品的升級(jí)和普及，電磁兼容和電磁防護(hù)問(wèn)題引起廣泛關(guān)注，這對(duì)輕、薄、柔、強(qiáng)的電磁屏蔽材料提出了更高的要求。碳納米管和石墨烯等碳納米材料具有較高的力學(xué)強(qiáng)度、良好的導(dǎo)電性、低密度、較大的長(zhǎng)徑比和良好的化學(xué)穩(wěn)定性。然而，復(fù)雜的表面改性以及碳納米管的團(tuán)聚問(wèn)題會(huì)導(dǎo)致許多結(jié)構(gòu)缺陷和較大的接觸電阻。取向碳納米管（A-CNT）薄膜的制備可以有效優(yōu)化碳納米管的導(dǎo)電性和力學(xué)性能，有望用于構(gòu)建高性能電磁屏蔽結(jié)構(gòu)。過(guò)渡金屬碳化物（Ti₃C₂ MXene）具有類金屬的導(dǎo)電性和豐富的表面親水官能團(tuán)，但較差的力學(xué)性能使其難以構(gòu)建高性能電磁屏蔽材料。此外，在H₂O/O₂條件下，MXene較差的氧化穩(wěn)定性嚴(yán)重破壞了其耐久性和穩(wěn)定性，限制了其廣泛應(yīng)用。

【制備與表征】

圖2 C-MXene/SA-CNT復(fù)合薄膜的微觀結(jié)構(gòu)表征和宏觀性能展示

【力學(xué)與疏水、防水性能】

圖3 C-MXene/SA-CNT復(fù)合薄膜的力學(xué)性能和相關(guān)表征

【電磁屏蔽性能】

  碳納米管固有的高導(dǎo)電性和超取向結(jié)構(gòu)帶來(lái)的低接觸電阻使SA-CNT薄膜在平行和垂直方向的電導(dǎo)率分別達(dá)到34144 S/m和4970 S/m。16 μm厚的SA-CNT薄膜在平行（Pa-SE）和垂直（Pr-SE）于入射電磁波電場(chǎng)方向的電磁屏蔽效能（EMI SE）分別達(dá)到42 dB和22 dB，顯著優(yōu)于厚度為40 μm的抽濾制備MWCNT薄膜的13.5 dB。SA-CNT薄膜的各向異性微觀結(jié)構(gòu)導(dǎo)致了與方向有關(guān)的電磁屏蔽性能，這不利于實(shí)際應(yīng)用時(shí)屏蔽性能的均勻性和穩(wěn)定性。有趣的是，C-MXene/SA-CNT薄膜的電磁屏蔽性能的各向異性可以通過(guò)簡(jiǎn)單和可規(guī)�；慕䴘n方法控制MXene的含量來(lái)調(diào)節(jié)。MXene含量分別增加到18和45 wt%時(shí)，Pr-SE值增加到35和58 dB，Pa-SE值增加到46和60 dB。5 μm厚的SA-CNT制備的復(fù)合薄膜在MXene含量為63 wt%時(shí)的Pr-SSE和Pa-SSE分別達(dá)到122368 dB·cm²·g^-1和128680 dB·cm²·g^-1。此外，薄膜還表現(xiàn)出在高溫高濕環(huán)境、機(jī)械變形和超寬頻率范圍內(nèi)的優(yōu)異、穩(wěn)定的電磁屏蔽性能。

圖5 C-MXene/SA-CNT復(fù)合薄膜的電磁屏蔽機(jī)理和性能對(duì)比

【電熱/光熱性能與應(yīng)用】

圖6 C-MXene/SA-CNT復(fù)合薄膜的電熱/光熱轉(zhuǎn)換性能及除冰、抗菌應(yīng)用

【小結(jié)】

  原文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.2c08678

作者簡(jiǎn)介

劉久榮

本文通訊作者

山東大學(xué) 教授

  主要研究領(lǐng)域：長(zhǎng)期從事電磁仿真技術(shù)、電磁功能材料設(shè)計(jì)和研制、電磁性能測(cè)試分析等相關(guān)研究；包括：吸波和屏蔽材料、氣敏材料以及電化學(xué)儲(chǔ)能材料。

  簡(jiǎn)介：劉久榮教授，山東大學(xué)“齊魯青年學(xué)者”特聘教授，博導(dǎo)。長(zhǎng)期從事電磁仿真設(shè)計(jì)技術(shù)、吸波材料制備、性能調(diào)控及應(yīng)用研究，2011年入選教育部新世紀(jì)優(yōu)秀人才支持計(jì)劃，2013年獲得山東省自然科學(xué)杰出青年基金。先后承擔(dān)國(guó)家國(guó)防重大工程專項(xiàng)、國(guó)防基礎(chǔ)科研計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金等國(guó)家及省部科研項(xiàng)目40余項(xiàng)，研究成果在Adv. Mater., J. Am. Chem. Soc., Matter, Nano-Micro Letters等SCI期刊上發(fā)表論文150余篇，他引超過(guò)6000次，獲得授權(quán)發(fā)明專利40余項(xiàng)。擔(dān)任SCI期刊Adv. Composites Hybrid Mater.編輯。

  Email: jrliu@sdu.edu.cn

  個(gè)人主頁(yè)：www.cmpc.sdu.edu.cn/info/1017/1011.htm

曾志輝教授

本文通訊作者

山東大學(xué) 教授

  主要研究領(lǐng)域：納米復(fù)合材料、電磁屏蔽/吸收材料、柔性電子器件。

  簡(jiǎn)介：山東大學(xué)曾志輝教授課題組在電磁屏蔽、微波吸收材料的設(shè)計(jì)、制備、構(gòu)筑及應(yīng)用領(lǐng)域的研究不斷取得新的進(jìn)展。通過(guò)探索對(duì)不同導(dǎo)電納米材料及高分子聚合物的合成，原創(chuàng)性地開發(fā)了一系列輕質(zhì)、高效的電磁屏蔽材料及電磁波吸收材料。近年來(lái)，相關(guān)的研究工作發(fā)表SCI論文60余篇, 包括以第一作者或通訊作者發(fā)表在Adv. Mater.(3篇), ACS Nano （4篇）, Matter, Adv. Funct. Mater., Adv. Sci., Nano-Micro Lett., Small, JMCA, Chem. Eng. J. Carbon, ACS AMI等著名國(guó)際前沿期刊，SCI論文引用3000余次，ESI高被引論文5篇，單篇最高引用500余次；受邀參加Elsevier出版社專著2章；申請(qǐng)、授權(quán)國(guó)際國(guó)內(nèi)發(fā)明專利20余項(xiàng)。擔(dān)任國(guó)際知名學(xué)術(shù)期刊Advanced Materials, Advanced Functional Materials, Small, Carbon, Composite Part A, Sensors, Nanomaterials等審稿人或客座編輯, 中國(guó)復(fù)合材料學(xué)會(huì)高級(jí)會(huì)員, 中國(guó)化學(xué)會(huì)會(huì)員，《包裝工程》雜志首屆青年編委委員；多次受邀參加相關(guān)領(lǐng)域國(guó)際國(guó)內(nèi)學(xué)術(shù)會(huì)議的大會(huì)及主題報(bào)告。

  Email: zhihui.zeng@sdu.edu.cn