北京化工大学张好斌教授《ACS Nano》：基于PDA可控修饰MXene的油墨用于电磁波调控和红外防伪涂层

2022-10-18 来源：高分子科技

当前，物联网和5G等信息技术的快速发展，对于天线、射频识别、导电电极和电磁设备等柔性印刷器件的需求急速增长。导电油墨对于可打印电子产品、智能电磁材料和多功能涂层的大规模生产具有重要意义。为了寻找高密度易腐蚀金属材料的理想替代品，各种碳纳米材料，主要是碳纳米管、石墨烯和二维过渡金属碳化物/氮化物(MXene)，正被开发了用于导电油墨。其中，结合表面极性和优良导电性的MXene在形成稳定导电悬浮液方面表现出明显的优势。高性能轻质薄MXene贴片天线、高精度微超级电容器和导电线已通过MXene分散液制造。例如，通过喷涂制备了透明MXene电磁干扰屏蔽膜和可伸缩灵敏电容传感器。需要指出的是，MXene油墨的制备和应用研究已经兴起，油墨稳定性和流变性调节问题亟待解决，更多可印刷MXene涂层的应用也亟待发展。

图1：p-MXene油墨的合成与应用

近日，北京化工大学张好斌教授联合成均馆大学Chong Min Koo教授提出了通过预聚合聚多巴胺（PDA）大分子在MXene纳米片上可控构筑PDA保护壳层，以防止水和氧气侵蚀MXene，丰富其表面化学，并可高效调控油墨的流变性能 (图1)。所制备的p-MXene油墨可适应丝网印刷、挤出印刷等高粘度加工方式，可推动图案化电磁薄膜和涂层的发展。有趣的是，打印出的p-MXene导电微栅可以自由切换和定量控制微波传输，为电磁波智能调控提供了一种有效的方法，超越了通常报道的单一屏蔽功能（图2）。此外，聚多巴胺纳米壳层的可控引入使得p-MXene涂层的红外发射率可以在很大程度上进行调节。结合多色印刷的理念，将不同高低红外发射率的p-MXene墨水印刷为复合防伪图案，便可借助热成像仪识别和解密红外防伪图案（图3）。因此，多功能抗氧化p-MXene油墨将为红外防伪、伪装图案、微波调控器件、频率选择表面和宏观超材料提供了极大的灵活性。

图2：印刷的p-MXene膜和偏振器的电磁屏蔽性能

图3：p-MXene图案化涂层的红外特性与红外防伪演示

相关工作以“Controllable Surface-Grafted MXene Inks for Electromagnetic Wave Modulation and Infrared Anti-Counterfeiting Applications”为题发表在《ACS Nano》上。文章第一作者是北京化工大学材料科学与工程学院博士生邓志明，张好斌教授和成均馆大学的Chong Min Koo教授为文章的通讯作者，该研究得到了中国国家自然科学基金项目、有机无机复合材料国家重点实验室开放基金和韩国国家研究基金的资助。

原文链接：https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acsnano.2c07084

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（责任编辑：xu）

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