成果簡介
開發以吸收為主的高性能電磁干擾屏蔽複合材料是解決強電磁輻射污染問題的有效方法。本文，西安理工大學Penggang Ren、Fang Ren等研究人員在《Carbon》期刊發表名為「Synergistic effect of 2D TiC and 1D CNT towards high-performance electromagnetic interference shielding with absorption-dominant in 3D macroporous carbon aerogel」的論文，研究通過接枝、冷凍乾燥和熱解工藝製備了MXene衍生的TiC-碳納米管 (CNT)/纖維素衍生的碳氣凝膠。陽離子纖維素和 MXene-CNT 雜化填料之間的靜電吸引力改善了填料的分散。所製備的氣凝膠複合材料表現出對電磁波 (EMW) 的高吸收能力，這是因為將填料嵌入細胞壁可防止大孔堵塞。
在此基礎上，大量的異質界面，TiC和CNT的協同作用，以及N摻雜碳的極化和弛豫過程提高了EMW的衰減能力。EMI 屏蔽效能 (SE) 值從純纖維素衍生的碳氣凝膠的50dB提高到89.7dB，同時前體氣凝膠中總填料含量僅為3wt% 時具有0.77 的出色吸收係數。此外，氣凝膠由於存在大孔而顯示出低導熱性。因此，輕質複合氣凝膠具有顯著的電磁干擾屏蔽性能和優異的隔熱性能，在航空航天、通信和建築施工中具有廣闊的應用前景。
圖文導讀
圖1。(a, b) TiC-CNT/纖維素衍生的碳氣凝膠複合材料的製備工藝示意圖。
(c) (d) Ti3C2Tx MXene的圖像和TEM圖像。
(e) 碳納米管的TEM圖像。
(f)(g) MXene-CNT分散體的數字圖像和TEM圖像。
(h) 陽離子纖維素溶液、MXene 和 CNT 在 NaOH-尿素溶液中的Zeta電位。
(i) 陽離子改性和交聯過程的製備。
圖2。(a/b) Ti3AlC2、Ti3C2Tx、 pre-M0C0、M0C0和M2C1的XRD圖。
(c) Ti3AlC2、Ti3C2Tx和M2C1的XPS寬掃描光譜。
(d-f) Ti3C2Tx、TiC、pre-M2C1 和M2C1的Ti 2p、C1s、N1s的高解析度XPS光譜。
(g) Ti3C2Tx、pre-M0C0、pre-M2C1和M2C1的FTIR光譜。
(h) MxCy的拉曼光譜氣凝膠。(i) 混合填充方法圖示
圖3。(a) pre-M0C0、(b) M0C0、(c) M3C0、(d) M0C3、(e) pre-M2C1和(f) M2C1的橫截面的SEM圖像。(g) M2C1的表面截面SEM和EDS映射圖像。(h) pre-M2C1 和 M2C1氣凝膠的數字圖像。(i) pre-MxCy和MxCy的密度和 (j) 孔隙率作為填料比例的函數。
圖 4。(a) 所製備的氣凝膠複合材料的電導率。(b) 填料之間的協同效應示意圖。(c) 趨膚深度，(d) SE T，(e) X波段範圍內MxCy的平均實驗和理論SET (2 mm)，(f) SE R和 SE A。(g) 所製備的混合碳氣凝膠在 12.4 GHz 下的 SE T、SE A和 SE R值，(h) SE R /SE T & SE A /SE T，（i）功率係數，和（j）所有樣本的 A/R 值。(k) 其他複合材料的 EMI SE 比較
圖5。(a) MxCy氣凝膠的EMI屏蔽機制示意圖。(b) 用於比較綜合EMI屏蔽性能的雷達圖。(c) MxCy作為密度函數的SSE/t比較。(d) M2C1的高性能電磁屏蔽能力試驗
圖6。(a) MxCy氣凝膠的熱導率。(b) 紅外熱圖像和 (c) M2C1氣凝膠複合材料的隔熱實驗。
小結
總之，通過接枝、冷凍乾燥和熱解工藝開發了一種具有大孔和異質結構的超輕 TiC-CNT/纖維素衍生的碳氣凝膠複合材料。該多功能氣凝膠複合材料可有效緩解二次電磁波污染，在航空航天、電信和建築施工領域具有巨大的實用潛力。
文獻：
https://doi.org/10.1016/j.carbon.2022.06.022