来源:Frontiers of Chemical Science and Engineering 发布时间:2024/3/15 11:50:37
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FCSE | 前沿研究:具有良好的机械性能和电磁屏蔽性能的双重交联MXene纤维素纳米纤维海藻酸镍复合膜

论文标题:Dual cross-linked MXene/cellulose nanofiber/nickel alginate film with improved mechanical properties and electromagnetic interference shielding performance(具有良好的机械性能和电磁屏蔽性能的双重交联MXene纤维素纳米纤维海藻酸镍复合膜)

期刊:Frontiers of Chemical Science and Engineering

作者:Pengcheng Deng, Shiyi Feng, Canhui Lu, Zehang Zhou

发表时间:15 Oct 2023

DOI: 10.1007/s11705-023-2335-7

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阅读原文请点击“Dual cross-linked MXene/cellulose nanofiber/nickel alginate film with improved mechanical properties and electromagnetic interference shielding performance”

背景及意义

随着信息技术的快速发展,各种电子设备在人类生活中的运用越来越广泛,给人们的生活带来了很多的便利。但是如手机等电子设备在使用的过程中也会产生电磁干扰和辐射,有研究表明这些电磁干扰(EMI)污染已经给我们的生活和环境带来了巨大的影响,甚至影响到了人们的身体健康。因此人们开始研究各种电磁干扰屏蔽材料,以满足日益增长的需求。对于应用在穿戴和便携式电子产品中的电磁屏蔽材料,除了理想的电磁屏蔽效能(EMI SE)外,低厚度、低密度、柔性和形变稳定性等性能也非常重要。金属基材料被广泛应用于电磁干扰屏蔽,但是易腐蚀、高密度和低柔性等缺点限制了其在很多领域的应用。因此,开发具有电磁屏蔽性能优异,同时具有良好柔韧性和力学强度的新型电磁屏蔽材料具有非常重要的意义。

内容及主要结论

本工作以MXene和CNF为基础,进一步引入SA和Ni,由于不同材料之间的氢键作用力以及SA与Ni2+的金属配位双交联结构,从而提高了材料的力学性能和电磁屏蔽性能。在本工作中,首先通过2,2,6,6-四甲基哌啶氧化物(TEMPO)氧化处理制备得到了羧基化改性纤维素纳米纤维(TOCNF),并将其与海藻酸钠(SA)和MXene(Ti3C2Tx)纳米片通过氢键相互作用结合制备具有紧密堆砌层状结构的MXene/CNF@SA(MCS)复合膜,该复合薄膜表现出了良好的柔韧性、机械强度和导电性。进一步通过NiCl2溶液和抗坏血酸钠溶液对复合薄膜进行后处理从而得到MXene/CNF@SA-Ni(MCN)复合膜。

得益于Ni2+对SA的金属配位作用与材料体系内的多重氢键相互作用构建的双交联网络,MCN复合薄膜的拉伸强度、杨氏模量、韧性相比于MCS分别提升了2倍、2倍和3倍,并且结构稳定性得到了大幅度提升。同时,体系内过量的Ni2+被还原成均匀分散的Ni纳米颗粒,极大地提高了薄膜对电磁波的磁滞损耗作用,其电磁屏蔽性能在厚度仅有29微米的情况下达到了47.17 dB(图1)。

图1 复合膜的电磁屏蔽性能测试

相关成果以“Dual cross-linked MXene/cellulose nanofiber/nickel alginate film with improved mechanical properties and electromagnetic interference shielding performance”为题发表在Frontiers of Chemical Science and Engineering(DOI: 10.1007/s11705-023-2335-7)。

作者及团队介绍

邓鹏程(第一作者),四川大学2022级硕士研究生,研究方向为高分子功能复合材料。

周泽航(通讯作者),目前是四川大学高分子材料工程国家重点实验室的副研究员,于2018年在中国四川大学获得材料学博士学位。主要研究领域包括高分子功能复合材料和天然聚合物复合材料的合成加工和应用。

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