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  隨著電子產品的升級和普及，電磁兼容和電磁防護問題引起廣泛關注，這對輕、薄、柔、強的電磁屏蔽材料提出了更高的要求。碳納米管和石墨烯等碳納米材料具有較高的力學強度、良好的導電性、低密度、較大的長徑比和良好的化學穩定性。然而，復雜的表面改性以及碳納米管的團聚問題會導致許多結構缺陷和較大的接觸電阻。取向碳納米管（A-CNT）薄膜的制備可以有效優化碳納米管的導電性和力學性能，有望用于構建高性能電磁屏蔽結構。過渡金屬碳化物（Ti₃C₂ MXene）具有類金屬的導電性和豐富的表面親水官能團，但較差的力學性能使其難以構建高性能電磁屏蔽材料。此外，在H₂O/O₂條件下，MXene較差的氧化穩定性嚴重破壞了其耐久性和穩定性，限制了其廣泛應用。

【制備與表征】

圖2 C-MXene/SA-CNT復合薄膜的微觀結構表征和宏觀性能展示

【力學與疏水、防水性能】

圖3 C-MXene/SA-CNT復合薄膜的力學性能和相關表征

【電磁屏蔽性能】

  碳納米管固有的高導電性和超取向結構帶來的低接觸電阻使SA-CNT薄膜在平行和垂直方向的電導率分別達到34144 S/m和4970 S/m。16 μm厚的SA-CNT薄膜在平行（Pa-SE）和垂直（Pr-SE）于入射電磁波電場方向的電磁屏蔽效能（EMI SE）分別達到42 dB和22 dB，顯著優于厚度為40 μm的抽濾制備MWCNT薄膜的13.5 dB。SA-CNT薄膜的各向異性微觀結構導致了與方向有關的電磁屏蔽性能，這不利于實際應用時屏蔽性能的均勻性和穩定性。有趣的是，C-MXene/SA-CNT薄膜的電磁屏蔽性能的各向異性可以通過簡單和可規模化的浸漬方法控制MXene的含量來調節。MXene含量分別增加到18和45 wt%時，Pr-SE值增加到35和58 dB，Pa-SE值增加到46和60 dB。5 μm厚的SA-CNT制備的復合薄膜在MXene含量為63 wt%時的Pr-SSE和Pa-SSE分別達到122368 dB·cm²·g^-1和128680 dB·cm²·g^-1。此外，薄膜還表現出在高溫高濕環境、機械變形和超寬頻率范圍內的優異、穩定的電磁屏蔽性能。

圖5 C-MXene/SA-CNT復合薄膜的電磁屏蔽機理和性能對比

【電熱/光熱性能與應用】

圖6 C-MXene/SA-CNT復合薄膜的電熱/光熱轉換性能及除冰、抗菌應用

【小結】

  原文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.2c08678

作者簡介

劉久榮

本文通訊作者

山東大學 教授

  主要研究領域：長期從事電磁仿真技術、電磁功能材料設計和研制、電磁性能測試分析等相關研究；包括：吸波和屏蔽材料、氣敏材料以及電化學儲能材料。

  簡介：劉久榮教授，山東大學“齊魯青年學者”特聘教授，博導。長期從事電磁仿真設計技術、吸波材料制備、性能調控及應用研究，2011年入選教育部新世紀優秀人才支持計劃，2013年獲得山東省自然科學杰出青年基金。先后承擔國家國防重大工程專項、國防基礎科研計劃、國家自然科學基金等國家及省部科研項目40余項，研究成果在Adv. Mater., J. Am. Chem. Soc., Matter, Nano-Micro Letters等SCI期刊上發表論文150余篇，他引超過6000次，獲得授權發明專利40余項。擔任SCI期刊Adv. Composites Hybrid Mater.編輯。

  Email: jrliu@sdu.edu.cn

  個人主頁：www.cmpc.sdu.edu.cn/info/1017/1011.htm

曾志輝教授

本文通訊作者

山東大學 教授

  主要研究領域：納米復合材料、電磁屏蔽/吸收材料、柔性電子器件。

  簡介：山東大學曾志輝教授課題組在電磁屏蔽、微波吸收材料的設計、制備、構筑及應用領域的研究不斷取得新的進展。通過探索對不同導電納米材料及高分子聚合物的合成，原創性地開發了一系列輕質、高效的電磁屏蔽材料及電磁波吸收材料。近年來，相關的研究工作發表SCI論文60余篇, 包括以第一作者或通訊作者發表在Adv. Mater.(3篇), ACS Nano （4篇）, Matter, Adv. Funct. Mater., Adv. Sci., Nano-Micro Lett., Small, JMCA, Chem. Eng. J. Carbon, ACS AMI等著名國際前沿期刊，SCI論文引用3000余次，ESI高被引論文5篇，單篇最高引用500余次；受邀參加Elsevier出版社專著2章；申請、授權國際國內發明專利20余項。擔任國際知名學術期刊Advanced Materials, Advanced Functional Materials, Small, Carbon, Composite Part A, Sensors, Nanomaterials等審稿人或客座編輯, 中國復合材料學會高級會員, 中國化學會會員，《包裝工程》雜志首屆青年編委委員；多次受邀參加相關領域國際國內學術會議的大會及主題報告。

  Email: zhihui.zeng@sdu.edu.cn