一、文章概述
隨著電子設備和無線通信的快速發展，可穿戴式電磁干擾EMI屏蔽織物備受青睞，其中電磁污染是人類健康和精密設備可靠性的重大問題。由于對涂層厚度的要求通常相反，因此EMI屏蔽效率SE和織物柔韌性之間的平衡仍然具有挑戰性。作者通過分步組裝技術制備具有交替結構的MXene絕緣聚合物涂層，將優異的屏蔽元件、合理的結構和高納米填料含量結合在一起。由于這種新的策略，涂層具有納米級的厚度～500 nm達到了EMI SE的商業要求，并很好地保持了織物的柔韌性和透氣性。與相應的純MXene涂層相比，這種多層涂層由于改進的介電性能和強烈的電磁波多次反射而顯示出138.95%的EMI SE增強。此外，這種混合涂層還可以作為內部易燃織物的出色防火屏障，在發生意外火災時保護人類和電子設備。
二、圖文導讀
圖1.MXene薄片和涂層織物的表征。 XRD表明成功除企鵝鋁層并合成MXene。XPS表明成功制備了具有豐富表面化學性質的MXene圖1b。AFM測 所獲得的MXene呈現典型的片狀形貌，并且薄片的厚度為～1.7 nm。這些此外，從透射電子顯微鏡TEM圖像圖1d中觀察到板材的橫向尺寸可達幾微米并且存在褶皺可推斷出這些板材的柔韌性。作為MXenePEI涂層基材的棉織物在圖1e中SEM圖像中顯示出針織結構。原始纖維的表面形態具有一些褶皺，這是天然棉纖維的典型特征圖1f。經MXene/PEI涂層改性后，織物仍能很好地保留原始織物的針織結構圖1g。由于MXene板的獨特2D結構，混合涂層主要覆蓋纖維表面，并部分填充相鄰纖維之間的間隙圖1h。在圖1i中，源自MXene的代表性Ti元素和源自PEI的氮N元素均勻分布在纖維方向上。MXene或PEI沒有出現明顯的積累，這強烈表明了分步組裝技術的獨特優勢其中均勻涂層的制備。對于MX10P1-10而言，涂層包裹在內部棉纖維上，其厚度剛好為納米級。如圖1j中涂層纖維的橫截面圖像所示，該涂層的厚度為～500納米。這種薄薄的涂層，加上MXene特殊的2D結構，保證了所制備的織物具有優異的柔韌性和輕質性。涂層織物具有良好的懸垂性圖1k、折疊性圖1kii和輕質性圖1kiii。
圖2 .涂層織物的板材抗性和穩定性。 涂層織物的涂層質量隨著PEI濃度的增加而逐漸增加圖2a。MX10P3-10涂層質量為8.47±0.57 mg/cm2。如圖2b所示，MX10-10的表面電阻比MXene/PEI涂層織物的表面電阻低8.68±2.12Ω/sq。MX10-10較好的導電性主要歸因于涂層中沒有絕緣PEI層。加入PEI后，改性織物的耐張性略有提高。然而，MXene/PEI改性織物的耐張性不隨PEI濃度的增加而增加。具體而言，MX10P1-10的片電阻11.75±2.56Ω/sq小于MX10P0.5-1023.11±1.98Ω/sq和MX10P3-10 28.72±4.57Ω/sq 。如圖2d所示，純MXene涂層 即MX10-10 損失了大量成分，僅在超聲處理前10分鐘后保留了37.5%。隨著超聲時間的延長，MX10-10涂層質量下降，600分鐘后僅保持28.5%。如圖2e所示，MX10P1-10的片電阻略有增加，從開始時的8.20±2.52Ω/sq增加到浸泡在HCl溶液中40天后的68.55±12.17Ω/sq。相反，MX10-10在浸泡40天后的片電阻從開始時的7.54±1.28Ω/sq上升到1860±205Ω/sq。如圖2g所示，MX10-10 8.07±1.12Ω/sq 和MX10P1-10 9.83±1.02Ω/sq 的片電阻在開始時相似，MX10P1-10的平均片電阻在50次彎曲循環后略微增加至53.60Ω/sq，MX10-10的平均片電阻102.70Ω/sq。類似地，MX10P1-10的薄片電阻緩慢降低在50次剝離循環后，MX10-10的電阻增加到66.62Ω/sq，而MX10-10的電阻增加到137.10Ω/sq。
圖3.CYFRA21-1的檢測。 改性織物的復介電常數由圖3a中的實部 ，介電層的極化容量 和圖3b中的虛部 ε，介電損耗的度量 顯示純MXene涂層織物顯示出相對較低的復介電常數，這種介電常數主要是由電場作用下MXene薄膜中表面官能團和缺陷的極化引起的。將PEI嵌入MXene涂層后，在交替MXene/PEI涂層中，PEI層將兩層分離相鄰的MXene層，從而構建了納米電容器結構，其中相鄰的MXene片充當電極，PEI充當薄電介質層，如圖3c中的右面板所示。
圖4.涂層織物的防火性能。 如圖5a所示對于純棉織物，試樣迅速點燃，劇烈燃燒，并持續燃燒，直到織物在14秒時完全耗盡。涂上MXene后，織物從火焰中取出后燃燒12秒，然后熄滅圖5b。MXene/PEI涂層賦予織物更短的燃燒時間即10秒 圖5c ，值得注意的是，如圖5d中的SEM圖像所示，很好地保持了織物和纖維的結構。值得注意的是，MX10P1-10由于有效保護MXene和PEI免受火焰的影響，很好地保留了原始織物的結構。MX10P1-10更好的耐火性歸因于阻燃劑的協同效應，鑒于MXene和PEI具有良好的耐火性。獲得的熱釋放率 HRR 曲線如圖5e所示。這些HRR曲線都呈現一個峰值。涂層引入后，織物的HRR峰值 PHRR 和PHR溫度 TPHRR 均降低。此外，MX10P1-10的總熱釋放量 THR 為8.4 kJ/g，低于MX10-10 10.7 kJ/g 和原始織物 12.9 kJ/g ，相應減少了21.50%和34.88%。
作者設計了MXene/PEI涂層織物，該織物具有良好的柔韌性和穩定性，能夠有效屏蔽EMI和阻燃。在引入惰性PEI分子后，MXene/PEI涂層在各種化學腐蝕和機械損傷下獲得了良好的穩定性。MXene/PEI涂層的交替結構顯著提高了改性織物的介電性能，并觸發了入射電磁波的多次反射。納米復合涂層厚度 ～500納米 的電磁干擾強度達到20.13分貝，并很好地保持了織物良好的柔韌性和透氣性。同時，MXene/PEI涂層棉織物具有良好的阻燃性能。這項工作為實現高EMI的導電材料的合理設計提供了新的見解，
文章鏈接： https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.1c11638.
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