宽频电磁屏蔽 | 张好斌教授团队JMCA | 3D打印轻质超弹性导电MXene/RGO构件用于宽频电磁屏蔽

MXene是比石墨烯还火的二维明星材料，身为先进的MXene制造商，北科纳米推出特惠活动，mxene等材料九折起，同时北科纳米推出新介孔材料、硅气凝胶产品，更多优惠价格，等你来秒杀！

近日，北京化工大学张好斌教授团队提出一种构筑可控多级MXene结构的方法，同时获得良好导电性和力学回弹性。通过添加氧化石墨烯（GO）微凝胶，优化MXene油墨的流变性质和可打印性，确保打印构件具有良好的结构完整性和连接性。结合油墨直写技术和冰模板法，构筑微观-宏观多尺度可调节的MXene/RGO构件。弱还原和热处理增强还原氧化石墨烯（RGO）片层间的π-π作用，有效改善打印花丝间的界面连接，有利于电子和载荷的传输。通过调节墨水组成、打印层数、花丝间距、堆积方式和表面结构，制备低密度、高导电的MXene/RGO构件，实现宽频、可调的电磁屏蔽性能。此外，紧密连接的多级结构赋予MXene/RGO构件超弹性和出色的耐疲劳性能。因此，本工作为三维MXene的结构设计和定制化电磁屏蔽材料的制备提供了有益的启发。

研究速览

二维过渡金属碳/氮化合物（MXene）的三维组装体因其大比表面积、强吸收能力以及电子或物料传输速率快等特点，在能量存储、光热转换、可穿戴电子设备、电磁屏蔽和吸波材料等领域有着巨大的应用前景。然而，传统的成型方法限制了具有可控功能和性能、定制化MXene三维结构的制备。3D打印技术在可控和定制化制备复杂结构上展示出独特的优势。MXene纳米片层的亲水性，赋予其良好的溶液分散能力和可加工性，有望用于3D打印。然而，MXene片层的弱凝胶能力使其需要通过引入改性剂以获得适合打印的流变性能。同时，所得MXene结构中弱的界面连接限制了其获得优异的电学和机械性能。因此，探索行之有效的方法来构筑兼具出色导电性和回弹性的可定制化MXene三维结构具有重要意义。

研究要点

研究要点1：

针对传统三维MXene材料难以实现宏观结构的定制化问题，通过引入GO微凝胶改善低浓度MXene油墨的可打印性，结合油墨直写技术和冰模板法，构筑轻质、高导电、超弹性的MXene/RGO构件。

研究要点2：

通过调节墨水组成和打印参数，实现MXene/RGO构件微观-宏观多级结构的调控，获得高电导率达1013S m^-1、宽频（8.2-26.5GHz）且可调的电磁屏蔽效能，最高值超过100 dB。多孔结构和良好传导网络赋予MXene/RGO构件高比屏蔽效能达19270dB cm² g^-1。

研究要点3：

多级结构设计和紧密连接的多孔结构保证MXene/RGO构件出色的力学回弹性和耐疲劳性能，可承受大应变压缩（90%）和100次循环压缩，有望用于定制化压阻器件。

图1 (a)3D打印MXene/RGO构件的制备流程图、(b)轻质、可压缩的特性、(c-f)定制化结构展示。

图2 (a, b) MXene/GO油墨的流变性质和(c-i)MXene/RGO构件化学结构表征。

图3 MXene/RGO构件(a)实物图、(b-j)微观形貌、(k-m)结构调控及(n)元素分布。

图4 MXene/RGO构件的(a)密度和电导率、(b-g)电磁屏蔽性能、(h)屏蔽机理及(i)定制化屏蔽制件的应用。

图5 MXene/RGO构件(a-c)不同组分力学性能比较、(d)弹性机理、(e)大应变压缩、(f,g)压缩循环及(h, i)压缩过程中的电阻变化情况。