近日,我中心硕士董婧雯以第一作者在ACS Applied Materials & Interfaces期刊(中科院一区,IF=9.229)上发表了题为“MXene-coated Wrinkled Fabrics for Stretchable and Multifunctional Electromagnetic Interference Shielding and Electro/Photo-Thermal Conversion Applications”的研究论文, 通讯作者为冯跃战副教授、苏凤梅副教授和刘春太教授。
如今，随着5G时代的到来和电子设备的快速发展，电磁干扰(EMI)和辐射污染严重影响着人类的健康。传统的电磁屏蔽材料在拉伸和弯曲变形下的机械稳定性较差，在大应变下电磁屏蔽性能急剧下降，因此有必要研制柔性可穿戴式电磁屏蔽材料。开发可拉伸电磁屏蔽的关键材料是具有应变不变性电导率的可拉伸导体。其中一种方法是将金属或导电复合材料制成波纹、蛇形网、剪纸形或螺旋形网等结构，以便在拉伸时将这些本就刚性的材料拉长。另一种有效的方法是将导电填料与弹性基体结合，通过预拉伸、热收缩和溶剂诱导等方法，形成屈曲的褶皱结构。其中，通过机械预拉伸-释放过程形成褶皱结构的方法，由于其简单性和高可控性，是一种广泛应用于提高材料拉伸性能的策略。近年来，可拉伸导体的研究大多集中在应变传感器上，对可拉伸电磁屏蔽方面的研究并不多。此外，具有加热效应的可穿戴材料在电疗和人体节能加热方面引起了极大的研究兴趣。因此，有必要设计一种集电磁屏蔽和可调热管理性能于一体的可拉伸、可穿戴材料。该文章通过简单的预拉伸和喷涂方法制备了具有褶皱结构的热塑性聚氨酯(TPU) /MXene复合织物(TMFs)。其褶皱结构存储了一定的可拉伸表面区域，保护MXene导电网络在拉伸过程中不受破坏。其中，极低的MXene负载量(0.5 mg cm-2)的TMF在50%的应变范围内，在动态拉伸过程中以及反复拉伸后均中表现出良好稳定的30 dB左右的电磁屏蔽性能。此外，由于其高导电性和局部表面等离子体共振(LSPR)效应，TMFs具有优异的焦耳加热(在5 V电压下可达104℃)和光热转换性能，并且在拉伸状态下仍具有良好的电/光热转换性能。因此，本工作在有效屏蔽电磁波的基础上集成了可调节热管理性能，为多功能可穿戴材料提供了新的策略。
图1（a）Ti3C2Tx MXene纳米片和（b）具有微褶皱结构的TPU/MXene织物的制备示意图。
该研究得到了国家自然科学基金(21704096,51703217,12072325)和河南省自然科学项目(20A430028)的资金支持。
论文信息: Dong, J.; Luo, S.; Ning, S.; Yang, G.; Pan, D.; Ji, Y.; Feng, Y.; Su, F.; Liu, C. MXene-Coated Wrinkled Fabrics for Stretchable and Multifunctional Electromagnetic Interference Shielding and Electro/Photo-Thermal Conversion Applications. ACS Appl Mater Interfaces 2021
文章链接: https://doi.org/10.1021/acsami.1c19890
