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江南大学戴磊教授团队:轻薄、柔性、高性能纤维素纸基电磁屏蔽材料系列进展
2024-09-03  来源:高分子科技

  电磁干扰(EMI)屏蔽材料能够有效缓解和解决电磁辐射污染及干扰问题,对人民生命健康与国防安全等重要领域意义重大。轻薄型高屏蔽性能EMI屏蔽材料是当前发展的重要趋势,而以天然纤维素为原料制备该类材料则更符合当前可持续发展要求,对于“低碳”发展具有重要意义。基于此,江南大学纺织科学与工程学院戴磊教授课题组纤维素为主要原料,MXene导电填料,通过对纤维素纸表面改性和结构设计,构建了一系列轻薄、柔性高性能的电磁屏蔽材料。相关成果相继发表在Carbohydrate PolymersIF=10.7)、Journal of Materials Science & TechnologyIF=11.2)和Chemical Engineering JournalIF=13.3)学术期刊上,江南大学戴磊教授为通讯作者,研究生韦嘉盛为第一作者,常州大学雷廷宙教授共同指导了该工作。研究工作得到了国家自然科学基金(2217820831901265)的资助。


1. 基于全多糖水凝胶和MXene设计的电磁屏蔽纸



  本项工作以TEMPO氧化纤维素纳米纤维TOCNF)为主要原料,通过与阳离子瓜尔豆胶(CGG)自组装形成水凝胶,在纤维素纸表面封装MXene,构建了一种电磁屏蔽复合纸(TC-M结果显示,复合纸的电导率为3843 S·m?1EMI屏蔽效能(EMI SE达到49.37 dB,且组装形成双层复合纸EMI SE高达73.99 dB此外,聚二甲基硅氧烷(PDMS)的引入保护了复合纸的EMI屏蔽性能,改善了复合纸的耐用性。


1. TC-M复合纸的制备示意图


2. TC-M复合纸的EMI屏蔽性能


3. TC-M复合纸的EMI屏蔽性能


  原文链接:https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0144861723009128


2. 具有保护性水凝胶膜的超薄柔性电磁屏蔽复合纸



  MXene电磁屏蔽材料在强度和稳定性方面的不足阻碍了其实际应用。在此,本项工作基于简单的逐层涂覆和干燥工艺,构建了一种表面具有三层功能结构的纤维素复合纸(TC@MT)。具体而言,TEMPO氧化纤维素纳米纤维(TOCNF/阳离子淀粉(CS/MXene凝胶层和TOCNF/MXene珍珠层保证了复合纸良好的EMI屏蔽性能和机械性能,而表面TOCNF/CS水凝胶薄膜层主要用以保护MXene结果显示,复合纸在MXene用量为20 g m?2厚度仅0.1894 mm时,表现出出色的屏蔽性能(40.3 dB其绝对屏蔽效能高达13216 dB cm2 g?1。此外,复合纸还具有良好的机械性能,其拉伸强度可达11.7 MPa。由于表面水凝胶膜层的致密结构,在浸入水、HCl1 M)和乙醇液体中时有效地保护了MXene从而使复合纸保持稳定的EMI屏蔽性能。


4. TC@MT复合纸的制备示意图


5. TC@MT复合纸的EMI屏蔽性能


6. 表面水凝胶膜的保护性能


  原文链接:https://www.jmst.org/EN/10.1016/j.jmst.2023.05.056


3. 具有类瓦楞纸结构的高性能电磁屏蔽复合纸



  受瓦楞纸中间层超大距离的启发,他们通过组装两改性纤维素纸和气凝胶薄膜,提出了一种具有瓦楞纸结构的新型复合纸TCT/TC/TCT)。由于纤维素纸和气凝胶膜的存在,组装的复合纸构成了一个标准的Fabry-Pérot腔(“导电层-绝缘层-导电层”),这有助于电磁波能量的衰减。该复合纸在厚度为0.6678 mmMXene含量为6.9 wt%时,EMI SE达到71.0 dB此外,复合纸还表现出优异的红外隐身能力,能够有效屏蔽人体的热辐射。复合纸在高温条件下(高达120 )仍表现出出色的红外隐身能力。


7. TCT/TC/TCT复合纸的制备示意图


8. TCT/TC/TCT复合纸的EMI屏蔽性能


9. TCT/TC/TCT复合纸的红外隐身性能


  原文链接:https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S138589472406460X

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