高性能電磁干擾(EMI)屏蔽、個(gè)人熱管理、可穿戴加熱器等具有協(xié)同作用的堅(jiān)固、超薄、環(huán)保的紙張是下一代智能可穿戴設(shè)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(zhuǎn)換的涂層結(jié)構(gòu)的MXene納米復(fù)合紙。改性后的木屑/MXene復(fù)合紙(SM紙)的氫鍵結(jié)合和高取向結(jié)構(gòu)提高了其力學(xué)性能。MXene含量為50 wt%的SM紙的強(qiáng)度為23 MPa，韌性為13 MJ·M
−3。SM紙的電導(dǎo)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(xiàn)出優(yōu)異的熱管理性能，包括高的光/電-熱轉(zhuǎn)換，快速的焦耳熱和光熱響應(yīng)，以及足夠的加熱穩(wěn)定性。值得注意的是，SM紙具有較低的紅外發(fā)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(shí)現(xiàn)了焦耳熱的可視化，實(shí)現(xiàn)了人體運(yùn)動(dòng)的監(jiān)測。這項(xiàng)工作提出了一種新的策略，用于設(shè)計(jì)基于MXene的具有良好EMI屏蔽、人工智能和熱管理應(yīng)用的可穿戴設(shè)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(yīng)力-應(yīng)變曲線。c)不同Ti
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x MXene含量SM紙的拉伸強(qiáng)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?jiān)诮孛嫔系腃、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(jī)理示意圖。
圖6. 電導(dǎo)率和電磁干擾屏蔽性能。
圖7 a)不同MXene含量的SM紙?jiān)陔妷簭? v逐步增加到4 v時(shí)的時(shí)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?jiān)? ~ 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(zhì)的SM6電子皮膚在響應(yīng)3 V的電壓時(shí)顏色從棕色變?yōu)榧t色(上)。f)具有熱致變色物質(zhì)的SM6電子皮膚在響應(yīng)4 V的施加電壓時(shí)顏色從白色變?yōu)榫G色(上)。
圖8 a) SM6電子皮膚傳感器檢測人體各種動(dòng)作的性能通過實(shí)時(shí)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(dòng)態(tài)時(shí)間-溫度曲線及其上的SM6紙。
相關(guān)科研成果由北京林業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與技術(shù)學(xué)院Ming-Guo Ma等--于2023年發(fā)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(zhuǎn)自《石墨烯研究》公眾號(hào)
