基于MXene的薄膜納米復(fù)合材料中的作用方面的最新進(jìn)展

近日，美國空軍研究實(shí)驗(yàn)室Dhriti Nepal團(tuán)隊(duì)在《ACS NANO》上發(fā)表名為“Toward Architected Nanocomposites: MXenes and Beyond”的綜述文章，概述了分層結(jié)構(gòu)在基于MXene的薄膜納米復(fù)合材料中的作用方面的最新進(jìn)展，強(qiáng)調(diào)出色的EMI屏蔽、透明性和機(jī)械強(qiáng)度。

基于MXenes的多功能結(jié)構(gòu)納米復(fù)合材料（來源：ACS NANO）

受自然原理分層架構(gòu)和漸變特征的啟發(fā)，科研人員基于Mxenes的分層架構(gòu)納米復(fù)合材料使得材料具有更好的性能。比如，基于MXenes，纖維素納米纖維和聚多巴胺（PDA）通過分層漸變結(jié)構(gòu)開發(fā)的軟啟動(dòng)器，具有高拉伸強(qiáng)度（237.1 MPa），高楊氏模量（8.5 GPa）和出色的韌性（10.9 MJ / m3）。

使用MXenes和聚多巴胺模擬珍珠質(zhì)的分層架構(gòu)開發(fā)的薄膜，與MXenes膜相比，這些以珍珠質(zhì)為中心的對(duì)齊結(jié)構(gòu)的薄膜顯著增強(qiáng)了拉伸強(qiáng)度（約7倍）和韌性（約12倍），而且這也有利于MXene膜具有高電導(dǎo)率，出色的EMI屏蔽和環(huán)境穩(wěn)定性。

Mxenes納米復(fù)合材料（來源：ACS NANO）

目前遇到的問題是要達(dá)到最高的性能值(FoMe =σdc/σop，即電導(dǎo)率與光導(dǎo)率之比)，同時(shí)還要表現(xiàn)出優(yōu)異的EMI屏蔽性能和機(jī)械靈活性。研究人員通過總結(jié)可以得到以下四種策略可以實(shí)現(xiàn)：材料選擇、界面的精密工程、層次結(jié)構(gòu)、在不同長(zhǎng)度尺度上對(duì)形貌的控制。

例如，納米銀線薄膜以出色的透明性和導(dǎo)電性而著稱，通過LbL噴涂可以獲得的AgNWs和Mxene分層結(jié)構(gòu)，再經(jīng)過毛細(xì)管力誘導(dǎo)的納米級(jí)進(jìn)行每一層焊接的方法，不僅保留了透射率，還提高了電導(dǎo)率。

最終的分層結(jié)構(gòu)在恒定的1.3 mm半徑下經(jīng)受了3000次彎曲循環(huán)，表明這些薄膜在復(fù)雜變形下的長(zhǎng)期耐用性，這種具有導(dǎo)電，透明和機(jī)械柔性薄膜的分層體系結(jié)構(gòu)為定制微波吸收提供了一種可行方案。

透明MXene /銀納米線（MA）膜（來源：ACS NANO）

未來，基于Mxene的納米復(fù)合材料可以適用于可穿戴，便攜式和可植入電子產(chǎn)品的多功能結(jié)構(gòu)，通過將工程解決方案與MXenes啟發(fā)的自然螺旋結(jié)構(gòu)相結(jié)合， 可以根據(jù)頻率定制電磁響應(yīng)，實(shí)現(xiàn)多功能性，并選擇性地處理從微波到THz波長(zhǎng)的信息。

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