一、文章概述
随着太赫兹(THz)技术的发展，对太赫兹屏蔽/吸收材料的需求日益增长，以避免电磁干扰(EMI)或污染。涂料可以快速固化形成一层膜，并能稳定地附着在任意基材上，特别适合于屏蔽/吸收应用。近年来，由于MXenes具有良好的电子导电性和亲水性，在电磁干扰屏蔽领域引起了广泛的关注。在这里，我们展示了一种基于共聚丙烯酸乳胶(PAL)的MXene水性涂料(MWP)，它不仅具有很强的太赫兹电磁干扰屏蔽/吸收效率，而且可以很容易地粘附在各种常用的太赫兹基材上。通过调节胶体力和粘滞力可以调节MWP的粘度，而PAL中的氰基提供了MWP与底物之间强烈的分子间极性相互作用。结果表明，石英表面的MWP厚度为38.3 μm，其EMI屏蔽值为64.9 dB，而涂层海绵泡沫的反射损耗为32.8 dB。这种不依赖于基片的MWP为实现高性能太赫兹屏蔽/吸收提供了一种简单有效的方法。
图1所示.MWP的合成及不同填充量MWP粘度的测定。(a) Ti3C2Tx水分散体和Ti3C2Tx MXene水性涂料制备示意图。(b) 40 mg /mLMXene水分散体的粘度和不同填料含量的MWP。
图2.Ti3C2Tx和MWP的表征。(a c)不同MXene填料含量对粘度的主要贡献变化示意图。(d) Ti3C2Tx薄片在氧化铝过滤器上的SEM图像。(e)不同填料含量Ti3C2Tx和MWP的XRD谱图。原始MXene在6.1处有一个很强的(002)峰，对应层间间距为1.45 nm。当MXene质量分数为10 wt %时，(002)衍射峰从6.1移至5.0，当MXene质量分数为20 wt %时，衍射峰从5.68移至5.86。(f) n1s的XPS谱为30 wt % MWP。(g)对比MXene和MWP在乙醇中超声处理5min后的粘附稳定性。左图显示MXene和30 wt % MWP涂层石英放入50 mL乙醇。(h)5min超声处理后，MXene和MWP(30wt%MXene)的紫外−可见光谱。MWP-石英超声溶液的吸光度约为0.006%，远低于纯mxene-石英超声溶液和参比溶液。
图3.多种基材上的MWP涂层。(a) 30 wt % MWP涂层在不同基材上的照片:印刷纸、铝箔、铜箔、海绵泡沫、玻片、Kapton胶带、硅片和石英。(b) 30 wt % MWP粘在PMMA基体上的SEM图像表明，在刮刀涂层剪切应力作用下，MWP层结构得以保留。(c)纯MXene和MWP对不规则形状铝合金的对比照片。插图显示了不规则铝合金转角处的翘曲MXene膜。(d)以网格轮廓上的MWP涂层(PMMA)为例的一些复杂结构的照片。(e) 30 wt % MWP涂层在海绵泡沫上的SEM图像，可以看到海绵泡沫骨架上有许多MXene膜。
图4.MWP的电导率和30 wt % MWP的太赫兹辐射屏蔽/吸收性能。(a)不同Ti3C2Tx填料含量MWP的电导率。(b) EMI SE与石英厚度30 wt % MWP的关系。(c) MWP涂漆海绵泡沫的RL值。(d) 30 wt % MWP涂覆不同类型基材的EMI SE:柔性、刚性、多孔。(e)不同类型基材的RL:柔性、刚性、多孔。(f) EMI SE与以前文献的比较。每个符号表示一组材料类别，如下所示:MWP(红星)、Ti3C2Tx海绵泡沫(粉色星)、Ti3C2Tx复合水凝胶(红色开星)、石墨/PMMA(海蓝色填充圆形)、PAN/TPU复合材料(海蓝色填充圆形)、CNW-PMC复合材料(铜绿填充三角形)、SWCNTs(铜绿填充方形)、石墨烯/丙烯酸(淡紫色填充圆形)、MWCNTs/PEEK(天蓝色填充三角形)、Ti3C2Tx涂层超材料(天蓝色星形)，CNFs/PVDF-PMMA(靛蓝色填充圆形)，SWCNTs/PVA(天蓝色半填充方形)。
综上所述，作者提出了一种通用的方法，可以有效地将不同的衬底转化为优良的太赫兹EMI屏蔽/吸收衬底。传统的EMI屏蔽材料在各种基底上涂布时，与基底表面的相互作用有限，限制了其广泛应用。利用含有高极性—C三N官能团的共聚物PAL制备了一种高粘度、高黏附、快速成膜的MXene水性涂料，并在各种形状的基材上展示了其宽带太赫兹电磁干扰吸收和屏蔽性能。共聚物中各种官能团的存在通过调节胶体力和粘滞力来调节MXene悬浮液的粘度。同时，PAL的—C三N基团在MWP与底物之间提供了强烈的分子间极性相互作用。高填充聚合物由导电填料组成，高极性基团可以是克服大多数EMI涂料与基材之间的较差润湿性和不充分的粘接相互作用的一般策略。因此，这项工作旨在为6G通信的微型化电子以及需要消除太赫兹辐射的最不规则器件表面的EMI吸收和屏蔽提供一种有前景的替代方案。
https://doi.org/10.1021/acsnano.1c04656
