研究摘要

二維（2D）納米材料的的液相制備過程對于柔性多功能器件的低溫大面積組裝是至關(guān)重要的。MXenes，2D材料家族中一顆冉冉升起的新星，主要由過渡金屬碳化物、碳氮化物或氮化物組成，通過液相制備能夠?qū)崿F(xiàn)杰出的電學(xué)性質(zhì)與電化學(xué)性能。近日，韓國成均館大學(xué)Sae Byeok Jo教授與延世大學(xué)Jeong Ho Cho教授研究團(tuán)隊(duì)在《Science Advances》發(fā)表最新成果，通過在MXene的液相制備過程中，引入一種聚合的超分散劑（superdispersant）實(shí)現(xiàn)MXene納米片的高效制備。聚羧酸乙醚（PCE），梳狀聚合物（comb-type）分離的“錨-支柱結(jié)構(gòu)”在MXene范德華表面為聚合物提供了接枝空間，因此明顯地減弱了膠體相互作用（103數(shù)量級）。Ti3C2Tx MXene表現(xiàn)出了前所未有的分散性，在極性、非極性甚至離子溶劑中均能夠?qū)崿F(xiàn)良好的分散性。此外，MXene@PCE復(fù)合膜中PCE緊密的負(fù)載，使其在長時間的機(jī)械和濕度應(yīng)力下均可以保持高度的穩(wěn)定性。

圖文導(dǎo)讀

圖1.?形貌與結(jié)構(gòu)表征：A）梳狀PCE的化學(xué)結(jié)構(gòu)；B）MXene@PCE雜化表面示意圖；C 純相MXene、質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%的MXene@PCE與PCE的Ti 2p，O 1s與F 1S的高分辨XPS光譜；D）30 wt% MXene@PCE的高分辨TEM圖像；E）三種樣品的XRD圖譜。

圖2.?在離子溶劑中的分散特性：A）紫外-可見-紅外吸收光譜；B）在不同離子溶液中的750 nm處的吸光率；C）三種樣品的庫倫分布；D）MXene@PCE的平均尺寸與生長速率。

圖3.?在有機(jī)溶劑中的分散特性：A）MXene與30 wt% MXene@聚合物在不同極性與非極性溶劑中的分散情況；B）MXene與30 wt% MXene@PCE相對吸光率的動態(tài)跟蹤；C）MXene@聚合物溶液Avrami沉淀速率的降低。

圖4.?EMI屏蔽性能與穩(wěn)定性測試：A）EMI屏蔽效率；B）MXene與MXene@PCE的屏蔽、吸收與發(fā)射機(jī)制；C）彎曲測試復(fù)合膜的標(biāo)準(zhǔn)化屏蔽效率；D）在一定條件下MXene@PCE的濕度穩(wěn)定性。

總結(jié)

? ? ??在本文中，向MXene引入了梳狀的PCE，形成MXene@PCE復(fù)合物，其中，PAA緊密地錨定在MXene表面，而柔性的PEG嵌段以半稀釋接枝的形式提供空間間距，以屏蔽從表面耗散1nm的強(qiáng)范德華相互作用。得到的復(fù)合物具有較寬的Hildebrand溶解度窗口，從48 MPa0.5（水）到18.5 MPa0.5（氯仿），在不同的極性、非極性與低沸點(diǎn)的有機(jī)溶劑中具有較好的性能。由于屏蔽效應(yīng)，MXene@PCE膠體的沉淀表想出了減弱的Avrami過程，在非極性有機(jī)溶劑中聚集的可能性被降低了103數(shù)量級。PCE進(jìn)一步促進(jìn)了在不同高濃度離子溶劑中的分散，包括酸、堿以及人造海水等，證明梳狀設(shè)計(jì)的PCE的確是獨(dú)一無二的分散材料。此外，與聚合物的復(fù)合導(dǎo)致了MXene@PCE復(fù)合膜表現(xiàn)出在機(jī)械與濕度應(yīng)力下優(yōu)異的電磁屏蔽性能。值得注意的是，聚合物成分的存在導(dǎo)致了最終材料與器件一定的性能損失，比如電子導(dǎo)電性。根據(jù)應(yīng)用場合的不同，這些方面在實(shí)際應(yīng)用中可能是有害的，因此，應(yīng)將其視為關(guān)鍵參數(shù)之一，以權(quán)衡聚合物復(fù)合物的獨(dú)特優(yōu)勢，比如簡單的液相制備與改進(jìn)的力學(xué)穩(wěn)定性等。有關(guān)最小化分散劑成分并開發(fā)合適的后處理方法的進(jìn)一步研究，對于獲得更好的聚合物輔助的分散方法是有利的?；诒疚牡难芯浚瑸槔肕Xene是的多元化加工開啟了一扇新的大門，以滿足更廣泛的應(yīng)用需求。

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