MXene碳化鈦具有較高的機(jī)械、電學(xué)性能和較低的紅外發(fā)射率，使其成為柔性電磁干擾(EMI)屏蔽和熱偽裝薄膜材料。 傳統(tǒng)觀點認(rèn)為，大尺寸MXene是組裝高性能薄膜的首選構(gòu)件。 然而，含有大量MXene的薄膜中的空隙使其性能下降。 雖然傳統(tǒng)的交聯(lián)策略可以減少空隙，但MXene片材之間的電子傳遞通常會被絕緣聚合物鍵合劑破壞，從而降低電導(dǎo)率。 在這里，我們展示了一種順序致密化策略，以協(xié)同地消除MXene片之間的空隙，同時加強(qiáng)層間電子傳輸。 首先插入MXene小片填充多層大片之間的空隙，然后通過鈣離子和硼酸鹽離子的界面交接消除剩余的空隙，包括單層片之間的空隙。 所得MXene薄膜致密，具有高的抗拉強(qiáng)度(739MPa)、楊氏模量(72.4GPa)、電導(dǎo)率（10,336 scm
-1)和電磁干擾屏蔽能力(71,801 dB cm
2 g
-1）以及優(yōu)異的抗氧化和熱偽裝性能。 該策略為其它二維薄片的高性能裝配提供了一條途徑
Figure 1. SDM薄膜的結(jié)構(gòu)表征和力學(xué)性能。(a) 橫向尺寸為13×10cm
2的照片。 (b)用纖維切割截面的SEM圖像。 刻度值，2μm。 (c)結(jié)構(gòu)模型，說明小片的插層和Ca
2+和硼酸鹽離子的界面交聯(lián)。 (d)利用FIB/SEMT三維重建孔洞微觀結(jié)構(gòu)。 刻度值，2μm。 平行于薄膜平面入射Cu-KαX射線 (e) WAXS圖形和相應(yīng)的002峰方位掃描輪廓。 結(jié)果表明，(f) SDM薄膜（紅心）的拉伸強(qiáng)度和楊氏模量均超過了純MXene薄膜（綠色三角形）和MXene復(fù)合薄膜（紫色正方形）。
Figure 2. OFLM、SM和IDM薄膜的結(jié)構(gòu)和性能比較。 (a-i)結(jié)構(gòu)模型、FIB/SEMT三維重建孔洞微結(jié)構(gòu)、平行于薄膜平面入射Cu-KαX射線的WAXS圖形以及相應(yīng)的LM(a-c)、SM（d-f）和IDM（g-i）薄膜002峰方位掃描輪廓。 LM、SM和IDM膜的片狀排列分別為0.874±0.004、0.709±0.012和0.813±0.007。 刻度值，2μm(b,e,h) (j) LM、SM和IDM薄膜的抗拉強(qiáng)度、電導(dǎo)率和平均EMI SE在0.3～18GHz之間。 EMI SE是指電磁干擾屏蔽效能。 所有誤差條都顯示均值±標(biāo)準(zhǔn)差。
Figure 3. FLM、SM和IDM薄膜的搭接剪切試驗。(a)搭接剪切試驗過程的示意圖。 用環(huán)氧樹脂膠粘劑將橫向尺寸為3×4mm
2的矩形MXene薄膜粘接在兩個平行的玻璃基板之間。 然后，通過以0.2mm min
-1的速度向相反的方向拉襯底來施加剪切應(yīng)力，直至薄膜分層。 在分層后，得到了兩個分別表示為正面和背面的斷裂表面。(b,c) LM、SM和IDM薄膜的搭接剪切強(qiáng)度(b)和斷裂表面(c的SEM圖像。 刻度值，20μm(c)。 對于這里所示的所有測試樣品，分層發(fā)生在MXene薄膜內(nèi)部，而不是在粘合劑-MXene或粘合劑-玻璃界面。 所有誤差條都顯示均值±標(biāo)準(zhǔn)差。
Figure 4. LM和SDM薄膜的性能：（a）LM和SDM薄膜的拉伸應(yīng)力-應(yīng)變曲線；（b）LM和SDM薄膜在潮濕空氣中儲存10天過程中的電導(dǎo)保持率；LM和SDM薄膜在潮濕空氣中儲存10天前后的（c）電磁屏蔽系數(shù)，（d）紅外發(fā)射率以及（e）在100度加熱臺上的紅外照片。
相關(guān)研究工作由北京航空航天大學(xué)Qunfeng Cheng課題組于2022年在線發(fā)表于《Nature Communications》期刊上，原文：Ultrastrong MXene films via the synergy of intercalating small flakes and interfacial bridging。
轉(zhuǎn)自《石墨烯研究》公眾號
