西北工业大学顾军渭教授MXene领军期刊新作

快速发展的电信技术和数字系统为人类传递信息的同时，也产生了大量的有害电磁干扰（EMI），不仅影响敏感电子设备和系统的正常运行，还威胁着人们的健康。近些年发展起来的碳基多孔材料（如气凝胶、泡沫和海绵等），其独特的三维碳骨架结构、优异的导电性、超低的密度、良好的化学稳定性等特点使其成为轻质EMI屏蔽材料的理想选择。作为一种基础的结构材料，木头凭借其独特且有序的微观结构，已经广泛应用于能源、催化和建筑等领域。此外，木材也是碳基材料的主要来源，也已日渐用于EMI屏蔽材料，以满足日益增长的辐射防护需求。最近，Gogotsi等人发现了超级导电和轻质的2D过渡金属碳化物（MXene），与其他材料相比，它表现出超级优异的EMI屏蔽性能。

成果简介

近来，西北工业大学的顾军渭教授在中国科技期刊卓越行动计划领军期刊Science Bulletin发表了题目为“Ultra-light MXene aerogel/wood-derived porous carbon composites with wall-like “Mortar/Brick” structures for electromagnetic interference shielding”的论文。将天然木头高温碳化构筑木头衍生多孔碳（WC）骨架，基于内部高度有序的蜂窝微孔结构模板，构筑高导电和轻质的3D MXene气凝胶制备MXene气凝胶/WC复合材料，探析了其屏蔽机理。该工作有望为制备轻质、绿色的多功能生物碳基EMI屏蔽材料提供一条可行的路线，并将其应用于航空、航天等国防军事工业。

图 1 MXene气凝胶/WC复合材料的制备机理图。

图 2 不同碳化温度的WC的结构。

图 3 不同碳化温度的WC的屏蔽性能。

图 4 不同碳化温度的WC的形貌。

图 5 MXene气凝胶/WC复合材料的屏蔽机理。

图 6 MXene气凝胶/WC复合材料的阻燃性能和绝热性能。

结 论

结果表明，较高的碳化温度有利于天然木头的石墨化程度。WC-1500的密度为0.171 g/cm³，具有最高的s（35.2 S/cm）和EMI SE（57.3 dB），且兼具优异的力学性能（足以支撑自身80倍重量的砝码）和疏水性能（112.7^o的接触角）。3D MXene气凝胶/WC复合材料以仅仅0.197 g/cm³的密度，EMI屏蔽效能高达71.3 dB。这种独特的“砂浆-砖”结构不仅有效解决了MXene气凝胶力学性能的问题，还大大延长了电磁波的传输路径，提升了对入射的电磁波的耗散程度。此外，MXene气凝胶/WC复合材料还表现出良好的压缩强度、优异的阻燃性能和绝热性能。该研究为研制在航空、航天等国防军事工业等领域使用的高性能EMI屏蔽材料取得了全新的进展。。

原文链接：

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2095927320300712

信息来源： MXene学术