高性能電磁干擾(EMI)屏蔽、個人熱管理、可穿戴加熱器等具有協同作用的堅固、超薄、環保的紙張是下一代智能可穿戴設備的核心。本文通過對Ti
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x MXene和改性木屑的真空過濾，制備了一種具有屏蔽電磁干擾和電熱/光熱轉換的涂層結構的MXene納米復合紙。改性后的木屑/MXene復合紙(SM紙)的氫鍵結合和高取向結構提高了其力學性能。MXene含量為50 wt%的SM紙的強度為23 MPa，韌性為13 MJ·M
−3。SM紙的電導率為10 195 S·m
−1，屏蔽EMI效果SE為67.9 dB, SE/t為8486 dB·cm
2·g
−1。此外，SM紙表現出優異的熱管理性能，包括高的光/電-熱轉換，快速的焦耳熱和光熱響應，以及足夠的加熱穩定性。值得注意的是，SM紙具有較低的紅外發射率和出色的紅外隱身性能，可以偽裝147-81℃的高溫加熱表面。基于SM的e-skin實現了焦耳熱的可視化，實現了人體運動的監測。這項工作提出了一種新的策略，用于設計基于MXene的具有良好EMI屏蔽、人工智能和熱管理應用的可穿戴設備。
圖1. a) TDS/MXene (SM)紙的制備過程示意圖。b) SM紙的多功能示意圖。
圖2. a) Ti
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x MXene制備工藝示意圖。b) TEMPO氧化制TD鋸末工藝示意圖Ti
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x MXene的TDS和TEM圖像。c) TD鋸末橫向尺寸分布。d) MXene溶液、TD-鋸末溶液和SM溶液的Zeta電位分布圖。
圖3. TDS/MXene的線譜表征。
圖4. a)不同Ti
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x MXene含量SM紙的厚度。b)不同Ti
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x MXene含量SM紙的拉伸應力-應變曲線。c)不同Ti
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x MXene含量SM紙的拉伸強度。d)不同Ti
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x MXene含量SM紙的韌性。e)不同Ti
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x MXene含量SM紙的楊氏模量。
圖5. a)具有不同Ti
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x MXene含量(從20 wt%到90 wt%)的SM紙的SEM圖像。b) SM紙在截面上的C、O、Ti元素映射。c) SM紙斷口表面c、O、Ti元素映射圖。d)不同Ti
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x MXene含量SM紙斷口的SEM圖像。e) SM論文中的斷裂機理示意圖。
圖6. 電導率和電磁干擾屏蔽性能。
圖7 a)不同MXene含量的SM紙在電壓從1 v逐步增加到4 v時的時間依賴性溫度分布;b)不同功率密度的陽光照射下SM6紙的溫度分布。c)不同MXene含量SM紙在1 ~ 4 V電壓下的最高溫度d) 4 V電壓下SM紙的熱像圖(向上)。e)具有熱致變色物質的SM6電子皮膚在響應3 V的電壓時顏色從棕色變為紅色(上)。f)具有熱致變色物質的SM6電子皮膚在響應4 V的施加電壓時顏色從白色變為綠色(上)。
圖8 a) SM6電子皮膚傳感器檢測人體各種動作的性能通過實時測量阻力的相對變化來評估，包括a)手腕彎曲，b)吞咽，c)按壓。d) SM6紙放在手掌上的熱偽裝效果演示和e) SM6紙覆蓋熱輻射溫度為22.0°C、66.2°C、116.0°C和147.1°C的物體的IR圖像。f)記錄熱物動態時間-溫度曲線及其上的SM6紙。
相關科研成果由北京林業大學材料科學與技術學院Ming-Guo Ma等--于2023年發表在Small（DOI: 10.1002/smll.202304914）上。原文：Robust and Multifunctional Ti
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x/Modified Sawdust Composite Paper for Electromagnetic Interference Shielding and Wearable Thermal Management。
原文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/smll.202304914
轉自《石墨烯研究》公眾號
