ACS NANO：Ti3C2Tx MXene太赫茲吸收和屏蔽水性涂料
一、文章概述
一、文章概述
隨著太赫茲(THz)技術(shù)的發(fā)展，對太赫茲屏蔽/吸收材料的需求日益增長，以避免電磁干擾(EMI)或污染。涂料可以快速固化形成一層膜，并能穩(wěn)定地附著在任意基材上，特別適合于屏蔽/吸收應用。近年來，由于MXenes具有良好的電子導電性和親水性，在電磁干擾屏蔽領(lǐng)域引起了廣泛的關(guān)注。在這里，我們展示了一種基于共聚丙烯酸乳膠(PAL)的MXene水性涂料(MWP)，它不僅具有很強的太赫茲電磁干擾屏蔽/吸收效率，而且可以很容易地粘附在各種常用的太赫茲基材上。通過調(diào)節(jié)膠體力和粘滯力可以調(diào)節(jié)MWP的粘度，而PAL中的氰基提供了MWP與底物之間強烈的分子間極性相互作用。結(jié)果表明，石英表面的MWP厚度為38.3 μm，其EMI屏蔽值為64.9 dB，而涂層海綿泡沫的反射損耗為32.8 dB。這種不依賴于基片的MWP為實現(xiàn)高性能太赫茲屏蔽/吸收提供了一種簡單有效的方法。
二、圖文導讀
圖1所示.MWP的合成及不同填充量MWP粘度的測定。(a) Ti3C2Tx水分散體和Ti3C2Tx MXene水性涂料制備示意圖。(b) 40 mg /mLMXene水分散體的粘度和不同填料含量的MWP。
圖2.Ti3C2Tx和MWP的表征。(a c)不同MXene填料含量對粘度的主要貢獻變化示意圖。(d) Ti3C2Tx薄片在氧化鋁過濾器上的SEM圖像。(e)不同填料含量Ti3C2Tx和MWP的XRD譜圖。原始MXene在6.1處有一個很強的(002)峰，對應層間間距為1.45 nm。當MXene質(zhì)量分數(shù)為10 wt %時，(002)衍射峰從6.1移至5.0，當MXene質(zhì)量分數(shù)為20 wt %時，衍射峰從5.68移至5.86。(f) n1s的XPS譜為30 wt % MWP。(g)對比MXene和MWP在乙醇中超聲處理5min后的粘附穩(wěn)定性。左圖顯示MXene和30 wt % MWP涂層石英放入50 mL乙醇。(h)5min超聲處理后，MXene和MWP(30wt%MXene)的紫外−可見光譜。MWP-石英超聲溶液的吸光度約為0.006%，遠低于純mxene-石英超聲溶液和參比溶液。
圖3.多種基材上的MWP涂層。(a) 30 wt % MWP涂層在不同基材上的照片:印刷紙、鋁箔、銅箔、海綿泡沫、玻片、Kapton膠帶、硅片和石英。(b) 30 wt % MWP粘在PMMA基體上的SEM圖像表明，在刮刀涂層剪切應力作用下，MWP層結(jié)構(gòu)得以保留。(c)純MXene和MWP對不規(guī)則形狀鋁合金的對比照片。插圖顯示了不規(guī)則鋁合金轉(zhuǎn)角處的翹曲MXene膜。(d)以網(wǎng)格輪廓上的MWP涂層(PMMA)為例的一些復雜結(jié)構(gòu)的照片。(e) 30 wt % MWP涂層在海綿泡沫上的SEM圖像，可以看到海綿泡沫骨架上有許多MXene膜。
圖4.MWP的電導率和30 wt % MWP的太赫茲輻射屏蔽/吸收性能。(a)不同Ti3C2Tx填料含量MWP的電導率。(b) EMI SE與石英厚度30 wt % MWP的關(guān)系。(c) MWP涂漆海綿泡沫的RL值。(d) 30 wt % MWP涂覆不同類型基材的EMI SE:柔性、剛性、多孔。(e)不同類型基材的RL:柔性、剛性、多孔。(f) EMI SE與以前文獻的比較。每個符號表示一組材料類別，如下所示:MWP(紅星)、Ti3C2Tx海綿泡沫(粉色星)、Ti3C2Tx復合水凝膠(紅色開星)、石墨/PMMA(海藍色填充圓形)、PAN/TPU復合材料(海藍色填充圓形)、CNW-PMC復合材料(銅綠填充三角形)、SWCNTs(銅綠填充方形)、石墨烯/丙烯酸(淡紫色填充圓形)、MWCNTs/PEEK(天藍色填充三角形)、Ti3C2Tx涂層超材料(天藍色星形)，CNFs/PVDF-PMMA(靛藍色填充圓形)，SWCNTs/PVA(天藍色半填充方形)。
三、全文總結(jié)
綜上所述，作者提出了一種通用的方法，可以有效地將不同的襯底轉(zhuǎn)化為優(yōu)良的太赫茲EMI屏蔽/吸收襯底。傳統(tǒng)的EMI屏蔽材料在各種基底上涂布時，與基底表面的相互作用有限，限制了其廣泛應用。利用含有高極性—C三N官能團的共聚物PAL制備了一種高粘度、高黏附、快速成膜的MXene水性涂料，并在各種形狀的基材上展示了其寬帶太赫茲電磁干擾吸收和屏蔽性能。共聚物中各種官能團的存在通過調(diào)節(jié)膠體力和粘滯力來調(diào)節(jié)MXene懸浮液的粘度。同時，PAL的—C三N基團在MWP與底物之間提供了強烈的分子間極性相互作用。高填充聚合物由導電填料組成，高極性基團可以是克服大多數(shù)EMI涂料與基材之間的較差潤濕性和不充分的粘接相互作用的一般策略。因此，這項工作旨在為6G通信的微型化電子以及需要消除太赫茲輻射的最不規(guī)則器件表面的EMI吸收和屏蔽提供一種有前景的替代方案。
文章鏈接：
https://doi.org/10.1021/acsnano.1c04656
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