经典的“包小球”制备3D网络

聚合物基导电纳米复合材料由于重量轻、耐腐蚀性强、加工性能好、通用性强等特点，在智能电子、能源设备、电磁干扰(EMI)屏蔽以及航空航天领域具有广阔的应用前景。一般来说，聚合物的导电性纳米复合材料主要取决于填料的固有电导率，纵横比、用量和分布性。然后较高的填料用量常常导致较差的力学性能和加工性能。

     2D过渡金属碳化物/碳氮化物(MXene)具有超高的本征电导率，大比表面积和优良的机械性能，具有卓越的EMI屏蔽性能。3D结构已被证明是一种实现较低填料用量下实现较高电导率的有效方式。因而，3D MXene导电网络将有望解决这一难题。

成果简介

近来，北京化工大学于中振教授和张好斌教授在国际知名期刊Advanced Functional Materials发表了题目为“Highly Conductive Transition Metal Carbide/Carbonitride(MXene)@polystyrene anocomposites Fabricated by Electrostatic Assembly for Highly Efficient Electromagnetic Interference Shielding”的论文，采用静电的“包小球”方法-静电自组装-模压法制备了高导电的MXene@PS纳米复合材料。由于MXene的高导电性以及聚苯乙烯基体内的高效导电网络使纳米复合材料不仅具有较低的渗透阈值--0.26 vol%，也展现出高达1081 S m⁻¹和54 dB的屏蔽效能。在电磁屏蔽领域中具有巨大的应用潜力。

图 1 MXene@PS纳米复合材料的制备机理图。

图 2 MXene的结构与形貌。

图 3 MXene@PS的化学组成。

图 4 MXene@PS球的形貌。

图 5 MXene@PS纳米复合材料的形貌与微观结构。

图 6 MXene@PS纳米复合材料的阈渗网络和屏蔽性能。

图7 MXene@PS纳米复合材料的力学性能。

结 论

      通过静电组装负电的MXene纳米片与正电的PS微球后经压缩成型制备了高导电的MXene@PS纳米复合材料。高导电性的MXene纳米片位于大的PS微球界面形成连续的和高效的传导网络，提供了超高的电导率和优异的电磁屏蔽性能。仅仅0.26 vol%的阈渗值，并且1.90 vol% MXene/PS纳米复合材料的电导率高达1081 S m⁻¹，提供了纳米复合材料良好的电磁干扰屏蔽性能，在整个X波段的电磁屏蔽性能达到54 dB以上，最大屏蔽量为62 dB。3D导电网络有效地多反射和衰减电磁波，使电磁屏蔽机制以吸收为主。此外，还有MXene@PS纳米复合材料具有比纯PS高得多的储存模量。种新型的静电组装制备的具有优异电导率、机械性能和电磁屏蔽性能性能的聚合物纳米复合材料的方法将拓宽MXene纳米材料的应用领域。

原文链接：

https://doi.org/10.1002/adfm.201702807

信息来源：MXene学术