一种MXene基复合薄膜及其制备方法和应用

本发明涉及复合薄膜，尤其涉及一种mxene基复合薄膜及其制备方法和应用。

背景技术：

1、随着通信技术的飞速发展和移动电子设备的广泛使用，电磁辐射严重危害人体健康和电子设备的正常运行，且电子设备过多的余热会对系统产生严重损害，已成为人们重点关注的问题。

2、传统上，金属及其复合材料由于其高导电性而被广泛用作电磁干扰屏蔽材料，然而，它们的高密度、耐腐蚀性差和高成本阻碍了其在高集成的现代移动电子产品中的应用。近年来，各种碳材料如碳纳米管和石墨烯因具有低密度、化学稳定性等被开发作为导电纳米填料，然而需要达到毫米级的厚度才能展现优异的电磁防护性能。相比之下，一类具有高导电性和良好机械性能的二维无机导电材料mxene引起了人们的研究兴趣，有望成为传统金属和碳基材料的替代品。但是mxene薄膜的拉伸延伸率较低，目前已有研究表明，通过与聚合物的复合可以提升其塑性及其拉伸强度。mxene/聚合物复合材料在电磁干扰屏蔽方面具有很多优点，如轻质、良好的耐腐蚀性、柔韧性和良好的加工性等。但现有研究难以将电磁屏蔽性能与力学性能完美结合，如纤维素纤维与mxene共混后，所得薄膜的拉伸强度高但其电导率随着纤维素的引入呈下降趋势。

3、对于先进的电磁干扰应用，特别是航空航天领域和微电子便携式设备中，生产更薄、更强的高性能电磁干扰屏蔽材料尤为重要。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种mxene基复合薄膜及其制备方法和应用。本发明制备的mxene基复合材料在较薄厚度下具有优异的拉伸强度、电磁屏蔽性能和导热系数。

2、为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

3、本发明提供了一种mxene基复合薄膜的制备方法，包括以下步骤：

4、(1)将液态合金、溶剂和单/少层mxene分散液混合，得到液态合金/mxene混合溶液；

5、(2)将细菌纤维素水溶液和所述步骤(1)得到的液态合金/mxene混合溶液进行交替抽滤后热压，得到mxene基复合薄膜；所述mxene基复合薄膜的上下表面为细菌纤维素膜层。

6、优选地，按质量百分比计，所述步骤(1)中的液态合金包括镓60～70％、铟20～30％和锡10～15％。

7、优选地，所述步骤(1)中液态合金质量和溶剂的体积比为(4～6)mg：1ml。

8、优选地，所述步骤(1)中液态合金和单/少层mxene分散液中mxene的质量比为(0.1～0.5)：1。

9、优选地，所述步骤(1)中单/少层mxene分散液的浓度为1～5mg/ml。

10、优选地，所述步骤(2)中细菌纤维素水溶液的浓度为1～5mg/ml。

11、优选地，所述步骤(2)中交替抽滤的总次数为3～7次。

12、优选地，所述步骤(2)中热压的温度为50～60℃，热压的压力为1～2mpa，热压的时间为12～24h。

13、本发明提供了上述技术方案所述制备方法制备的mxene基复合薄膜，包括交替设置的细菌纤维素膜层和液态合金/mxene复合膜层。

14、本发明还提供了上述技术方案所述的mxene基复合薄膜在电磁防护领域中的应用。

15、本发明提供了一种mxene基复合薄膜的制备方法，包括以下步骤：(1)将液态合金、溶剂和单/少层mxene分散液混合，得到液态合金/mxene混合溶液；(2)将细菌纤维素水溶液和所述步骤(1)得到的液态合金/mxene混合溶液进行交替抽滤后热压，得到mxene基复合薄膜；所述mxene基复合薄膜的上下表面为细菌纤维素膜层。本发明采用单/少层mxene作为基体材料，其具有较好的导电性，加入细菌纤维素和具有优良导电性和易于加工特性的液态合金，在提高复合薄膜拉伸强度的同时，仍保证其具有优异的电导率和电磁干扰屏蔽性能，将细菌纤维素水溶液和液态合金/mxene混合溶液进行交替抽滤，使得细菌纤维素膜和液态合金/mxene复合膜交替层叠，细菌纤维素膜存在于液态合金/mxene复合膜层之间和表面，起到支撑和连接的作用，在提高复合薄膜力学性能的基础上，保留复合薄膜中mxene的多层结构，除去一开始反射的电磁波外，使得入射进来的电磁波在薄膜内部具有众多的损耗路径，提高复合薄膜的电磁屏蔽效果。实施例的结果显示，本发明制备的复合薄膜在厚度仅为12～18μm时，拉伸强度达到200mpa以上，电磁屏蔽效能达到54db以上，热导率达到60wm-1k-1以上。

技术特征：

1.一种mxene基复合薄膜的制备方法，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，按质量百分比计，所述步骤(1)中的液态合金包括镓60～70％、铟20～30％和锡10～15％。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中液态合金质量和溶剂的体积比为(4～6)mg：1ml。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中液态合金和单/少层mxene分散液中mxene的质量比为(0.1～0.5)：1。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中单/少层mxene分散液的浓度为1～5mg/ml。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中细菌纤维素水溶液的浓度为1～5mg/ml。

7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中交替抽滤的总次数为3～7次。

8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中热压的温度为50～60℃，热压的压力为1～2mpa，热压的时间为12～24h。

9.权利要求1～8任意一项所述制备方法制备的mxene基复合薄膜，包括交替设置的细菌纤维素膜层和液态合金/mxene复合膜层。

10.权利要求9所述的mxene基复合薄膜在电磁防护领域中的应用。

技术总结
本发明提供了一种MXene基复合薄膜及其制备方法和应用，属于复合薄膜技术领域。本发明采用单/少层MXene作为基体材料，加入细菌纤维素和具有优良导电性和易于加工特性的液态合金，在提高复合薄膜拉伸强度的同时，仍保证其具有优异的电导率和电磁干扰屏蔽性能，将细菌纤维素水溶液和液态合金/MXene混合溶液进行交替抽滤，细菌纤维素膜存在于液态合金/MXene复合膜层之间和表面，起到支撑和连接的作用，在提高复合薄膜力学性能的基础上，保留复合薄膜中MXene的多层结构，除去一开始反射的电磁波外，使得入射进来的电磁波在薄膜内部具有众多的损耗路径，提高复合薄膜的电磁屏蔽效果。

技术研发人员：潘蕾,刘梦欣,张浩然
受保护的技术使用者：南京航空航天大学
技术研发日：
技术公布日：2024/3/11