华科大赵龙教授团队 CEJ：具有光/电热转化能力的镓掺杂MXene/纤维素纳米纤维复合薄膜用于高效电磁屏蔽

2023-06-01 来源：高分子科技

近日，华中科技大学强电磁工程与新技术国家重点实验室/电气与电子工程学院赵龙教授团队成功制备出珍珠层状“砖砂浆”层状结构的具有高效电磁屏蔽特性的CNF/MXene@Ga复合膜用于电子设备界面材料。相关研究成果发表于国际知名期刊Chemical Engineering Journal上。

随着电子设备和5G技术的发展，电磁干扰（EMI）已成为影响通信设备正常运行和人体健康的重要因素。此外，柔性可穿戴电子设备的发展对EMI屏蔽材料的安全性和低重量提出了很高的要求。此外，电子设备运行过程中产生的热量积累，特别是在吸收电磁波的过程中，严重影响电子产品的稳定性和安全性。此外，电子设备在室外低温环境下的工作性能也会受到一定程度的影响，因此通过将电能或光能转化为热能来保持设备温度的稳定性，将是一种理想的电磁屏蔽材料选择。因此，多功能EMI屏蔽材料的设计和开发有助于解决上述问题。

华中科技大学强电磁工程与新技术国家重点实验室/电气与电子工程学院赵龙教授团队利用真空辅助抽滤法制备了珍珠层状“砖砂浆”层状结构的CNF/MXene@Ga复合膜。其中，MXene对Ga NPs的包裹形成了丰富的界面，呈核壳结构，显示出强的吸收屏蔽效能，并且具有明显的轻量化优势（SSE/t=6444.1dB·cm²·g^?1）。Ga NPs的表面电荷和MXene与CNF的羟基等基团紧密结合赋予了其优良的力学性能和导热能力，拉伸强度到达36.12 MPa，导热率达到9.11W/m·K。除此之外，Ga NPs的相变和表面等离子体共振效应赋予了复合膜独特的焦耳较热和光热转化能力。这项工作为电子设备的信息安全和多场景应用提供了实验支持。

图 1.复合膜的拉伸强度和断裂伸长率（a）;CNF/MXene复合膜的电导率和厚度（b）;CMG复合膜的拉伸强度和断裂伸长率（c）;CMG复合膜的面内导热系数（d）。（n = 3–5， ±SEM）。

图 2. （a）CMG复合膜的电导率和厚度（n = 3–5，±sem）; （b）CMG复合膜的SE_T; （c）CMG复合膜的SE分布（8.2-12.4 GHz，n = 420，±sem）; （d）CMG复合膜的A、T、R系数; （e）CMG复合膜屏蔽机理示意图; （f）不同类型材料的厚度和SSE/t值。

图 3. （a）CMG-4复合膜连续两次焦耳加热过程中的不同加热行为; （b）CMG-4复合膜在3 V电压下的循环稳定性; （c）CMG-4复合膜在2–4 V电压下的最高温度; （d）CMG-4复合膜在3 V电压下加热后的冷却曲线; （e）焦耳定律的拟合曲线; （f）CMG-4复合膜的除冰效果; （g）CMG-4复合膜在不同加热电压下的红外照片.

图 4. （a）氙灯照射下CNF-25和CMG复合膜的温度变化; （b）测试装置示意图; （c）在0 s和60 s下暴露于氙灯后的膜的红外照片。

相关成果以“Gallium-doped MXene/cellulose nanofiber composite membranes with electro/photo thermal conversion property for high performance electromagnetic interference shielding”为题发表在Chemical Engineering Journal（DOI: 10.1016/j.cej.2023.142565）上。华中科技大学化学与化工学院硕士研究生何玉琦为本论文的第一作者，通讯作者为华中科技大学强电磁工程与新技术国家重点实验室/电气与电子工程学院赵龙教授，化学与化工学院齐伟副教授。感谢国家自然科学基金和华中科技大学分析测试中心。

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2023.142565

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（责任编辑：xu）

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