隨著可穿戴設備的迅速發展,電子織物的研究成為一個新的熱點,多功能、智能化的需求帶來了機遇與挑戰。但在賦予織物新功能的同時,保證其基底原有結構、透氣性、舒適性等成為一個亟需解決的問題。與傳統導電填料相比,過渡金屬碳化物/碳氮化物(MXene)作為一種新的二維導電納米材料,具有優異的導電性和豐富的表面官能團,在可穿戴織物領域展現出了巨大的應用前景。研究者以MXene為主要導電活性物質,基于商業化織物基體展開了多功能電磁屏蔽織物的研究。
為提高多功能織物的透氣性、超疏水性和電磁屏蔽性能,并賦予濕度檢測功能,該團隊利用真空輔助層層組裝噴霧法,在商業化織物上負載2D MXene和1D銀納米線(AgNW),成功構筑以AgNW為葉脈,MXene為葉片的仿樹葉高效導電網絡結構,賦予織物優異的電磁屏蔽、濕度監測及自發疏水性能。該組裝方法的獨特之處在于既保持織物得高度多孔透氣性,又賦予其高效導電和屏蔽性能。通常,高導電性金屬納米線界面電阻大、與織物界面作用弱,2D MXene納米片和1D AgNW間的協同效應,既顯著降低了AgNW間的接觸電阻,且提高了納米線與織物纖維界面強度及金屬納米線在嚴苛環境下的耐氧化性能。更有意思的是,發現MXene在老化后產生了大量C-F鍵,表現出自發疏水性能,顯示MXene材料在疏水材料方面的潛在應用價值。同時,二維層狀MXene納米材料的吸附/脫附水性能,使該織物具有靈敏的濕度響應特性。
圖2. 仿樹葉納米結構MXene/AgNW多功能電磁屏蔽織物
相關研究成果最新發表在材料領域權威國際學術期刊Adv. Funct. Mater. (2019, 1905197)。論文的共同第一作者為北京化工大學在讀博士生劉柳薪和陳偉,通訊作者為北京化工大學于中振教授和張好斌教授。本研究工作得到了國家自然科學基金、國家重點研發計劃和中央高校基本科研業務費等項目的資助。
論文鏈接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adfm.201905197
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