將過渡金屬碳化物/氮化物(MXenes)油墨加工成大面積功能涂料，有望在電磁干擾(EMI)屏蔽和紅外隱身方面發揮重要作用。然而，MXene的薄片尺寸和堆疊方式極大地限制了涂層的性能，尤其是在可擴展的制備技術中。在此，通過設計小MXene薄片與兒茶酚胺分子的界面相互作用，證明了大面積生產高致密和定向的MXene涂層。兒茶酚胺分子可以微交聯MXene納米片，顯著改善油墨的流變性能。它有利于葉片涂層過程中剪切誘導的薄片排列和抑制結構缺陷，使得通過大面積涂層或圖案印刷實現MXene組裝的高取向和致密化成為可能。有趣的是，MXene/兒茶酚胺涂層表現出高達12 247 S cm−1的高電導率和2.0 ×10 5 dB cm2 g−1的超高電磁屏蔽效能，明顯優于大多數已報道的MXene材料。此外，規則的組裝結構也使MXene涂層具有較低的紅外發射率，適用于紅外隱身應用。因此，具有高效EMI屏蔽和低紅外發射率的MXene/兒茶酚胺涂層證明了在航空航天、軍事和可穿戴設備中應用的可行性。
圖1. a) MXene/兒茶酚胺油墨和涂料的制作示意圖。b) MXene/NE、MXene/DA和MXene/DOPA油墨的不同粘度(插圖:傾斜滑動上的油墨流動性)。c)大面積MXene/兒茶酚胺涂層。d) MXene基涂層的電磁干擾屏蔽和紅外隱身應用。
圖2. a) d-MXene油墨的Zeta電位。b) d-MXene-2.5涂層的N 1s XPS光譜。d- mxene油墨的c)粘度和d)模量圖的頻率依賴性。e) d-MXene油墨的G ' /G″與頻率的值。f) d-MXene油墨的流變學調節機制。
圖3. a)濕法制備的MXene和d-MXene涂層;b)通過葉片涂層法制備的大面積涂層。c)在各種基材上涂刷d-MXene涂層。平行于薄片平面的入射x射線束的WAXS圖案以及d) d-MXene-0.5涂層和e)過濾MXene膜的(002)峰的相應方位掃描曲線。f)原始d-MXene涂層和g)退火d-MXene涂層的截面SEM圖像。h) d-MXene-0.5涂層退火前后的XRD圖。i) d-MXene涂層的薄板取向和致密原理圖。
圖4. a)過濾后的MXene膜與不同DA含量的d-MXene-x膜的電導率比較。b)不同DA含量的退火處理d-MXene-x涂層的電導率。c)不同厚度的d-MXene-0.5涂層和6 μm厚度的過濾MXene膜的EMI性能。d) d- mxene -x涂層退火前后EMI SE比較。e)退火后不同厚度的d-MXene-0.5涂層的EMI SE。f)約1 μm的MXene/NE-1.5、MXene/DOPA-1.5和MXene/DA- 1.5涂層的電導率和g) EMI SE。h) d-MXene涂層與各種導電膜以及不同厚度涂層(包括MXene、石墨烯、CNT和金屬箔)的EMI SSE/t比較。i)電磁干擾屏蔽機理示意圖。
圖5. a)厚度為3 μm的d-MXene-0.5涂層和濾過的厚度為3 μm的MXene薄膜的發射率光譜。b)位于≈100℃石墨板上的d-MXene-0.5涂層和過濾后的MXene膜的IR照片。在c)≈200℃和d)≈285℃的石墨板上的d- mxene -0.5涂層的IR照片。e)不同溫度下石墨板上d-MXene-0.5涂層的紅外檢測溫度。f) d-MXene刀片涂布和涂刷工藝演示圖。g)使用d-MXene油墨在陶瓷刷上的圖案涂層的數字和IR熱圖像。h)使用d-MXene油墨涂刷的飛機模型上的圖案涂層的數字和IR熱圖像。i)涂有d-MXene的PI薄膜覆蓋手指的紅外熱像。
相關科研成果由北京化工大學材料科學與工程學院Hao-Bin Zhang等人于2023年發表在Small（DOI: 10.1002/smll.202304278）上。原文：Scalable Production of Catecholamine-Densified MXene Coatings for Electromagnetic Shielding and Infrared Stealth
原文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/epdf/10.1002/smll.202304278。
轉自《石墨烯研究》公眾號
