高性能电磁干扰(EMI)屏蔽、个人热管理、可穿戴加热器等具有协同作用的坚固、超薄、环保的纸张是下一代智能可穿戴设备的核心。本文通过对Ti₃C₂T_x MXene和改性木屑的真空过滤，制备了一种具有屏蔽电磁干扰和电热/光热转换的涂层结构的MXene纳米复合纸。改性后的木屑/MXene复合纸(SM纸)的氢键结合和高取向结构提高了其力学性能。MXene含量为50 wt%的SM纸的强度为23 MPa，韧性为13 MJ·M⁻³。SM纸的电导率为10 195 S·m⁻¹，屏蔽EMI效果SE为67.9 dB, SE/t为8486 dB·cm²·g⁻¹。此外，SM纸表现出优异的热管理性能，包括高的光/电-热转换，快速的焦耳热和光热响应，以及足够的加热稳定性。值得注意的是，SM纸具有较低的红外发射率和出色的红外隐身性能，可以伪装147-81℃的高温加热表面。基于SM的e-skin实现了焦耳热的可视化，实现了人体运动的监测。这项工作提出了一种新的策略，用于设计基于MXene的具有良好EMI屏蔽、人工智能和热管理应用的可穿戴设备。

 
图1. a) TDS/MXene (SM)纸的制备过程示意图。b) SM纸的多功能示意图。

 
图2. a) Ti₃C₂T_x MXene制备工艺示意图。b) TEMPO氧化制TD锯末工艺示意图Ti₃C₂T_x MXene的TDS和TEM图像。c) TD锯末横向尺寸分布。d) MXene溶液、TD-锯末溶液和SM溶液的Zeta电位分布图。

 
图3. TDS/MXene的线谱表征。

 
图4. a)不同Ti₃C₂T_x MXene含量SM纸的厚度。b)不同Ti₃C₂T_x MXene含量SM纸的拉伸应力-应变曲线。c)不同Ti₃C₂T_x MXene含量SM纸的拉伸强度。d)不同Ti₃C₂T_x MXene含量SM纸的韧性。e)不同Ti₃C₂T_x MXene含量SM纸的杨氏模量。
 
图5. a)具有不同Ti₃C₂T_x MXene含量(从20 wt%到90 wt%)的SM纸的SEM图像。b) SM纸在截面上的C、O、Ti元素映射。c) SM纸断口表面c、O、Ti元素映射图。d)不同Ti₃C₂T_x MXene含量SM纸断口的SEM图像。e) SM论文中的断裂机理示意图。

 
图6. 电导率和电磁干扰屏蔽性能。

 
图7 a)不同MXene含量的SM纸在电压从1 v逐步增加到4 v时的时间依赖性温度分布;b)不同功率密度的阳光照射下SM6纸的温度分布。c)不同MXene含量SM纸在1 ~ 4 V电压下的最高温度d) 4 V电压下SM纸的热像图(向上)。e)具有热致变色物质的SM6电子皮肤在响应3 V的电压时颜色从棕色变为红色(上)。f)具有热致变色物质的SM6电子皮肤在响应4 V的施加电压时颜色从白色变为绿色(上)。

 
图8 a) SM6电子皮肤传感器检测人体各种动作的性能通过实时测量阻力的相对变化来评估，包括a)手腕弯曲，b)吞咽，c)按压。d) SM6纸放在手掌上的热伪装效果演示和e) SM6纸覆盖热辐射温度为22.0°C、66.2°C、116.0°C和147.1°C的物体的IR图像。f)记录热物动态时间-温度曲线及其上的SM6纸。
 
       相关科研成果由北京林业大学材料科学与技术学院Ming-Guo Ma等--于2023年发表在Small（DOI: 10.1002/smll.202304914）上。原文：Robust and Multifunctional Ti₃C₂T_x/Modified Sawdust Composite Paper for Electromagnetic Interference Shielding and Wearable Thermal Management。
原文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/smll.202304914

转自《石墨烯研究》公众号