MXene基电磁屏蔽复合薄膜的设计、制备与性能调控.pdfVIP

摘要

碳化钛型MXene（TiCT）材料是一种典型的二维层状材料，在电磁屏蔽、电容器、锂

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离子电池等领域应用广泛，也是目前研究的热点材料之一。该材料主要通过HF原位蚀刻掉

MAX（TiCAl）中的Al元素，使MAX相剥离成亲水性强的少层或单层的MXene分散液。

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本论文以MXene基复合薄膜为研究对象，为解决MXene薄膜力学柔韧性差和易被氧化等关

键问题，为获取具有高效稳定的电磁屏蔽抗干扰性能和优异力学柔性韧性的目的，同时提升

真空辅助流体导向自组装制备工艺效率，本论文引入超长超细二氧化硅纳米线（SONWs）和

天然橡胶（NR）作为改性和增强基元，并采用多种分析测试手段，研究SONWs的引入量对

所制MXene基复合薄膜的结构、形貌、润湿性、抗弯折性能和电磁屏蔽性能的影响，揭示了

其相应的电磁屏蔽抗干扰机理，具体研究成果如下：

（1）利用改性的传统MILD法，优化刻蚀原料配比和离心分离方案，成功制备了少层的

高质量大尺寸MXene纳米片材料；并以酸洗石棉为原材料，通过稀盐酸酸洗除杂和离心分离

相结合的方法制备了超细超长的非晶态二氧化硅纳米线，并通过X-射线衍射（XRD）、扫描

电子显微镜（SEM）、原子力显微镜（AFM）等表征手段对所获MXene和SONWs两种基本

构筑单元进行了充分表征和分析。

（2）以超细超长的SONWs和NR作为改性和增强基元，以MXene为主体构筑单元，

通过流体导向自组装的方法，将均匀分散的MXene、SONWs和NR的分散液抽滤制备成三

明治结构的MXene-SONWs-NR复合薄膜。抗弯折性能测试结果表明，该复合薄膜的抗弯性

能相比纯的MXene薄膜得到了明显地提升。同时，电导率和电磁屏蔽效能测试结果也表明当

复合薄膜中MXene和SONWs之间的质量比为1：1和3：1时，复合薄膜与纯MXene薄膜

相近的电导率和电磁屏蔽效能。然而，复合薄膜的抗氧化性能相较纯的MXene薄膜得到了显

著提升。在室温水氧环境下保存15天后，MXene和SONWs之间的质量比为1：1和3：1时

的20MX20S30NR和10S30MX30NR的复合薄膜的电磁屏蔽效能分别仍能保持在约为47和

53dB，几乎无衰减。但是，纯MXene薄膜则会发生大概5~10dB的屏蔽效能的衰减。

（3）为了实现更好的对电磁波的有效吸收率，本文设计并制备了一种三明治叠层结构的

（MXene-SONWs-NR//MXene//MXene-SONWs-NR）三层复合薄膜。研究结果进一步表明：该

叠层结构复合薄膜的抗弯折性能和导电性相比单纯的三明治结构的MXene/SONWs/NR复合

薄膜有了显著提升。因而，该叠层结构复合薄膜展现出更为优异稳定的电磁屏蔽效能。如，

当中间层厚度约为65微米的三明治叠层复合薄膜的电磁屏蔽效能在其初试状态或者在室温

水氧环境下保存15天后的电磁屏蔽效能均能稳保持在大约60dB以上，从而基本达成了在提

升MXene基电磁屏蔽柔性复合膜的力学和抗氧化性能的基础上保持稳定高效的电磁屏蔽效

能的预期目标。

关键词:MXene；二氧化硅纳米线；天然橡胶；电磁屏蔽；抗氧化

Abstract

TitaniumcarbidetypeMXene(TiCT)materialisatypicaltwo-dimensionallayeredmaterial,

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whichiswidelyusedinelectromagneticshielding,capacitors,lithium-ionbatteries,etc.Itisalsoone

ofthehotmaterialsundercurrentresearch.ThismaterialismainlyetchedofftheAlelementinMAX

(TiCAl)byHFinsitu