在材料科學中，一個長期的探索是開發具有韌性的環氧樹脂納米復合材料，用于許多應用。 受珍珠層的啟發，這篇工作報告了堅韌和導電的MXene/環氧層狀塊體納米復合材料。 退火處理增強了MXene片層支架的取向。 通過表面化學修飾，改善了MXene層狀支架與環氧樹脂的界面相互作用，形成了協同效應。 將MXene納米片的層間距調整到臨界距離，其斷裂韌性比純環氧復合材料提高了約8倍，超過了其他環氧納米復合材料。 受珍珠層啟發的MXene/環氧層狀塊體納米復合材料還表現出高的導電性，提供了結構完整性的自我監測能力，并表現出出色的電磁干擾屏蔽效率。 這里提出的策略為制備高性能環氧納米復合材料提供了一條途徑。
Figure 1. 天然珍珠層及導電珍珠層的制備。 （a）天然珍珠層光學圖像。 (b)天然珍珠層橫切面的掃描電鏡圖像，顯示“磚和灰漿”的層狀結構。 (c)天然珍珠層的機械性能。 (d)通過雙向冷擠壓制備導電珍珠層的組裝過程示意圖。 對MXene片狀支架進行退火處理，并對其進行表面改性，然后將環氧前驅體滲透到MXene片狀支架中。 (e)固化后獲得的厘米大小導電珍珠層的光學圖像。 (f)導電珍珠層截面的SEM圖像，顯示出與天然珍珠層相似的層狀結構。 (g)導電珍珠層的力學性能，表明導電珍珠層比天然珍珠層更強、更韌。
Figure 2. 機械性能。 (a)作為導電珍珠層、人工珍珠層和天然珍珠層彎曲應變函數的彎曲應力。 (b)導電珍珠層、人工珍珠層和天然珍珠層的抗裂紋擴展曲線。 (c)不同天然和人工材料的比強度與比斷裂韌性的阿什比圖。 (d)具有長程鋸齒形裂紋撓度的導電珍珠層的斷口。 (e)d中藍色框區域的放大圖像。紅色框區域表示裂紋分枝和微裂紋。 (f)從d中藍色框區拍攝的放大圖像，顯示界面處的摩擦和導電珍珠層中向裂紋路徑末端的裂紋橋接。
Figure 3. 珍珠層啟發的MXene/環氧層狀塊體納米復合材料中的界面相互作用和聚合物約束。 (a)MXene板層支架的二維SAXS圖像和方位角(φ)圖。 (b)對MXene、CMC、MXene片狀支架及后處理MXene片狀支架的FT-IR分析。 (c)純MXene和后處理MXene片狀支架Ti 2p區的XPS譜圖。 后處理MXene片層支架上Si-O-Si和Ti-O-Si特征峰的增加表明接枝成功。 (d)在珍珠層激發的MXene/環氧層狀塊體納米復合材料中，在不同層間距離處MXene納米片之間的聚合物約束和化學鍵合示意圖。
Figure 4. 電氣特性。 (a)人工和導電珍珠層的導電性。 (b)和(c)導電珍珠層自我監測完整性，顯示第一和第二負載。 (d)人造導電珍珠層EMI組。 (e)人工珍珠層和導電珍珠層在8.2GHz下的SET,SEA和SER。 (f)導電珍珠層的EMI屏蔽機制示意圖。
相關研究工作由北京航空航天大學Qunfeng Cheng課題組于2022年在線發表于《Angewandte Chemie International Edition》期刊上，原文：Tough and Conductive Nacre-inspired MXene/epoxy Layered Bulk Nanocomposites。
轉自《石墨烯研究》公眾號
