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当前电子科技的快速发展和无线设备的普及使电磁污染日益严重，不但干扰电子元件的正常功能，而且对人体健康造成潜在的危害。传统的电磁屏蔽材料多使用铜、铝等金属制造，高密度和大体积限制了其在可移动设备、可穿戴电子产品及人体防护等领域的应用。因此，发展轻便、高韧性和可加工性强的电磁屏蔽材料与产品将具有重要的研究意义和实际应用价值。

二维材料MXene具有高比表面积和高电导率的特点，具有良好电磁屏蔽性能。但是，作为典型的无机非金属材料，纯相的MXene在力学性能，特别是柔韧性、断裂拉伸等方面存在不足，单独使用难以满足当前电子产品或个人防护对轻便型和柔韧性特点的需求。近日，ACS Nano 报道了使用一维纳米纤维素纤维（CNFs）和MXene相二维分层Ti₃C₂T_x纳米片（d-Ti₃C₂T_x）复合的研究策略，成功制备出具有超薄和高韧性的新型复合电磁屏蔽纸。论文的第一作者为北京林业大学材料学院的博士研究生曹文涛，上海硅酸盐研究所的朱英杰研究员、北京林业大学的马明国教授和同济大学附属十院骨科实验室的陈峰副研究员为该文章的共同通讯作者。

该工作基于传统的造纸抽滤成型技术，发展了纳米纤维素与MXene的抽滤自组装策略，成功获得了具有仿生贝壳中有序层状结构的超薄、高韧性d-Ti₃C₂T_x/CNFs复合纸。纸是中国古代的四大发明之一，由植物纤维制造而成，具有可任意折叠或裁剪的优异性质。新型复合电磁屏蔽纸完全保留了传统纸张的特性，不但拓展了纸张的新用途，而且使用的纳米纤维素来源于农业废弃物蒜皮，实现了变废为宝，有利于自然资源的保护。通过调整复合比例，制备的Ti₃C₂T_x/CNFs复合纸具有极好的机械性能，断裂拉伸应力、应变可高达135.4MPa和16.7%，耐折次数最高可达14260次。该工作巧妙利用复合电磁屏蔽纸中纳米纤维素与MXene薄层的相互作用，达到了对复合纸强度和韧性的显著双增强，其断裂拉伸应力、应变及耐折性能甚至超过纯纳米纤维素纸张样品。同时，当d-Ti₃C₂T_x的含量为80wt%时，所得到的复合纸在12.4 GHz处电磁屏蔽效率可达25.8 dB，可以满足商业化电磁屏蔽的高要求。优异的力学性能和电磁屏蔽性能完美结合促使得该1D-2D二元复合纸在柔性电子设备、武器装备和机器人关节等领域具有很好的应用潜力。

图1. d-Ti₃C₂T_x/CNFs复合纸的制备过程及原料的示意图

图2. d-Ti₃C₂T_x/CNFs复合纸的电学性能和电磁屏蔽性能

该论文作者为：Wen-Tao Cao, Fei-Fei Chen, Ying-Jie Zhu, Yong-Gang Zhang, Ying-Ying Jiang, Ming-Guo Ma and Feng Chen

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面）：

Binary Strengthening and Toughening of MXene/Cellulose Nanofibers Composite Paper with Nacre-Inspired Structure and Superior Electromagnetic Interference Shielding Properties

ACS Nano, 2018, DOI: 10.1021/acsnano.8b00997

导师介绍

马明国

http://www.x-mol.com/university/faculty/43041

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