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鄭州大學(xué)王建峰/王萬杰《Mater. Horiz.》:高強度低紅外發(fā)射非金屬薄膜用于紅外隱身與輻射熱管理
2022-11-09  來源:高分子科技

  低紅外發(fā)射材料在紅外隱身、輻射熱偽裝、被動輻射加熱、建筑節(jié)能等領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用。金屬是典型的低紅外發(fā)射體,但其易腐蝕、密度高、難加工等缺點限制了其應(yīng)用。自然界中,具有類金屬強度的非金屬低紅外發(fā)射材料非常少見。MXene具有與金屬相媲美的表面低紅外發(fā)射率,但宏觀組裝的MXene材料(如薄膜)力學(xué)性能普遍較差,抗拉強度只有幾十兆帕,遠(yuǎn)低于金屬,阻礙了其實際應(yīng)用。引入增強材料能起到很好的增強效果,但引入的增強材料通常是高紅外發(fā)射體,嚴(yán)重增加了MXene薄膜的紅外發(fā)射率。如何制備與金屬強度相當(dāng)?shù)牡图t外發(fā)射MXene薄膜材料依然極具挑戰(zhàn)。


  近日,鄭州大學(xué)材料學(xué)院王建峰副教授和王萬杰教授團(tuán)隊通過真空輔助交替抽濾的方法構(gòu)筑了具有連續(xù)GO增強內(nèi)層和連續(xù)MXene功能化外層的MXene/GO交替多層薄膜(簡稱MGM薄膜)獨特的交替多層結(jié)構(gòu)賦予MXeneGO納米片更高取向排列性、更強氫鍵相互作用和更致密層狀結(jié)構(gòu)。MGM薄膜兼具高強度(422 MPa)和低紅外發(fā)射率(12%),可與典型不銹鋼薄膜(415 MPa15.5%)相媲美。MGM薄膜具有優(yōu)異的紅外隱身熱偽裝性能,可將高溫物體的熱輻射溫度從511°C降低到176°C除低紅外發(fā)射率外,MGM薄膜還具有高太陽光吸收率(77.5%)和高導(dǎo)電性(3871 S/cm)賦予其優(yōu)異的光熱轉(zhuǎn)換性能實際太陽光照下光熱轉(zhuǎn)換效率70.2%)、焦耳加熱性能和高比電磁屏蔽效能。此外,MGM薄膜的力學(xué)性能、紅外隱身、太陽能/焦耳加熱、電磁屏蔽性能可以在長時間戶外老化后保持穩(wěn)定,也可以抵抗許多嚴(yán)酷的應(yīng)用場景,包括強酸//沸水浸泡,極端低溫(?196°C)甚至高溫(350°C)。該研究以High-strength, low infrared-emission nonmetallic films for highly efficient Joule/solar heating, electromagnetic interference shielding and thermal camouflage為題發(fā)表在最新一期的《Materials Horizons》上。 



1. 圖文摘要 



2. MGM薄膜的制備工藝及形貌結(jié)構(gòu)。 



3. MGM薄膜的力學(xué)性能。 


4. MGM薄膜的紅外發(fā)射特性與紅外隱身性能。


 5. MGM薄膜的太陽光及焦耳加熱性能。


 圖6. MGM薄膜的電磁屏蔽性能。


 7. 不同應(yīng)用場景下MGM薄膜功能穩(wěn)定性。


  該論文第一作者為鄭州大學(xué)材料學(xué)院碩士生張宇軒碩士生李雷為共同第一作者通訊作者為鄭州大學(xué)材料學(xué)院王建峰副教授王萬杰教授為共同通訊作者。研究得到國家自然科學(xué)基金、鄭州大學(xué)優(yōu)秀青年人才創(chuàng)新團(tuán)隊、中國博士后特別資助/面上基金、河南省重點研發(fā)與推廣專項、高分子材料工程國家重點實驗室開放課題等項目支持。


  原文鏈接:https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2022/mh/d2mh01073a

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