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江南大學戴磊教授團隊：輕薄、柔性、高性能纖維素紙基電磁屏蔽材料系列進展

2024-09-03 來源：高分子科技

電磁干擾（EMI）屏蔽材料能夠有效緩解和解決電磁輻射污染及干擾問題，對人民生命健康與國防安全等重要領域意義重大。輕薄型高屏蔽性能EMI屏蔽材料是當前發展的重要趨勢，而以天然纖維素為原料制備該類材料則更符合當前可持續發展要求，對于“低碳”發展具有重要意義。基于此，江南大學紡織科學與工程學院戴磊教授課題組以纖維素為主要原料，MXene為導電填料，通過對纖維素紙表面改性和結構設計，構建了一系列輕薄、柔性高性能的電磁屏蔽材料。相關成果相繼發表在Carbohydrate Polymers（IF=10.7）、Journal of Materials Science & Technology（IF=11.2）和Chemical Engineering Journal（IF=13.3）學術期刊上，江南大學戴磊教授為通訊作者，研究生韋嘉盛為第一作者，常州大學雷廷宙教授共同指導了該工作。研究工作得到了國家自然科學基金（22178208；31901265）的資助。

1. 基于全多糖水凝膠和MXene設計的電磁屏蔽紙

本項工作以TEMPO氧化纖維素納米纖維（TOCNF）為主要原料，通過與陽離子瓜爾豆膠（CGG）自組裝形成水凝膠，在纖維素紙表面封裝MXene，構建了一種電磁屏蔽復合紙（TC-M）。結果顯示，復合紙的電導率為3843 S·m^?1，EMI屏蔽效能（EMI SE）達到49.37 dB，且組裝形成的雙層復合紙EMI SE高達73.99 dB。此外，聚二甲基硅氧烷（PDMS）的引入保護了復合紙的EMI屏蔽性能，改善了復合紙的耐用性。

圖1. TC-M復合紙的制備示意圖

圖2. TC-M復合紙的EMI屏蔽性能

圖3. TC-M復合紙的EMI屏蔽性能

原文鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0144861723009128

2. 具有保護性水凝膠膜的超薄柔性電磁屏蔽復合紙

MXene電磁屏蔽材料在強度和穩定性方面的不足阻礙了其實際應用。在此，本項工作基于簡單的逐層涂覆和干燥工藝，構建了一種表面具有三層功能結構的纖維素復合紙（TC@MT）。具體而言，TEMPO氧化纖維素納米纖維（TOCNF）/陽離子淀粉（CS）/MXene凝膠層和TOCNF/MXene珍珠狀層保證了復合紙良好的EMI屏蔽性能和機械性能，而表面的TOCNF/CS水凝膠薄膜層主要用以保護MXene。結果顯示，復合紙在MXene用量為20 g m^?2，厚度僅為0.1894 mm時，表現出出色的屏蔽性能（40.3 dB），其絕對屏蔽效能高達13216 dB cm² g^?1。此外，復合紙還具有良好的機械性能，其拉伸強度可達11.7 MPa。由于表面水凝膠膜層的致密結構，其在浸入水、HCl（1 M）和乙醇液體中時有效地保護了MXene，從而使復合紙保持穩定的EMI屏蔽性能。

圖4. TC@MT復合紙的制備示意圖

圖5. TC@MT復合紙的EMI屏蔽性能

圖6. 表面水凝膠膜的保護性能

原文鏈接：https://www.jmst.org/EN/10.1016/j.jmst.2023.05.056

3. 具有類瓦楞紙結構的高性能電磁屏蔽復合紙

受瓦楞紙中間層超大距離的啟發，他們通過組裝兩張改性纖維素紙和氣凝膠薄膜，提出了一種具有類瓦楞紙結構的新型復合紙（TCT/TC/TCT）。由于纖維素紙和氣凝膠膜的存在，組裝的復合紙構成了一個標準的Fabry-Pérot腔（“導電層-絕緣層-導電層”），這有助于電磁波能量的衰減。該復合紙在厚度為0.6678 mm，MXene含量為6.9 wt%時，EMI SE達到71.0 dB。此外，復合紙還表現出優異的紅外隱身能力，能夠有效屏蔽人體的熱輻射。且復合紙在高溫條件下（高達120 ℃）仍表現出出色的紅外隱身能力。

圖7. TCT/TC/TCT復合紙的制備示意圖

圖8. TCT/TC/TCT復合紙的EMI屏蔽性能

圖9. TCT/TC/TCT復合紙的紅外隱身性能

原文鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S138589472406460X

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（責任編輯：xu）

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