研究摘要

二維（2D）納米材料的的液相制備過(guò)程對(duì)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(guò)渡金屬碳化物、碳氮化物或氮化物組成，通過(guò)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(guó)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(guò)在MXene的液相制備過(guò)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(jí)）。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(zhǎng)時(shí)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(kù)倫分布；D）MXene@PCE的平均尺寸與生長(zhǎng)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(duì)吸光率的動(dòng)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(cè)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(cè)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(guò)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(jí)。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(wú)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(chǎng)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(shì)，比如簡(jiǎn)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(duì)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。