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成果简介
开发以吸收为主的高性能电磁干扰屏蔽复合材料是解决强电磁辐射污染问题的有效方法。本文，西安理工大学Penggang Ren、Fang Ren等研究人员在《Carbon》期刊发表名为“Synergistic effect of 2D TiC and 1D CNT towards high-performance electromagnetic interference shielding with absorption-dominant in 3D macroporous carbon aerogel”的论文，研究通过接枝、冷冻干燥和热解工艺制备了MXene衍生的TiC-碳纳米管 (CNT)/纤维素衍生的碳气凝胶。阳离子纤维素和 MXene-CNT 杂化填料之间的静电吸引力改善了填料的分散。所制备的气凝胶复合材料表现出对电磁波 (EMW) 的高吸收能力，这是因为将填料嵌入细胞壁可防止大孔堵塞。
在此基础上，大量的异质界面，TiC和CNT的协同作用，以及N掺杂碳的极化和弛豫过程提高了EMW的衰减能力。EMI 屏蔽效能 (SE) 值从纯纤维素衍生的碳气凝胶的50dB提高到89.7dB，同时前体气凝胶中总填料含量仅为3wt% 时具有0.77 的出色吸收系数。此外，气凝胶由于存在大孔而显示出低导热性。因此，轻质复合气凝胶具有显著的电磁干扰屏蔽性能和优异的隔热性能，在航空航天、通信和建筑施工中具有广阔的应用前景。
图文导读
图1。(a, b) TiC-CNT/纤维素衍生的碳气凝胶复合材料的制备工艺示意图。
(c) (d) Ti3C2Tx MXene的图像和TEM图像。
(e) 碳纳米管的TEM图像。
(f)(g) MXene-CNT分散体的数字图像和TEM图像。
(h) 阳离子纤维素溶液、MXene 和 CNT 在 NaOH-尿素溶液中的Zeta电位。
(i) 阳离子改性和交联过程的制备。
图2。(a/b) Ti3AlC2、Ti3C2Tx、 pre-M0C0、M0C0和M2C1的XRD图。
(c) Ti3AlC2、Ti3C2Tx和M2C1的XPS宽扫描光谱。
(d-f) Ti3C2Tx、TiC、pre-M2C1 和M2C1的Ti 2p、C1s、N1s的高分辨率XPS光谱。
(g) Ti3C2Tx、pre-M0C0、pre-M2C1和M2C1的FTIR光谱。
(h) MxCy的拉曼光谱气凝胶。(i) 混合填充方法图示
图3。(a) pre-M0C0、(b) M0C0、(c) M3C0、(d) M0C3、(e) pre-M2C1和(f) M2C1的横截面的SEM图像。(g) M2C1的表面截面SEM和EDS映射图像。(h) pre-M2C1 和 M2C1气凝胶的数字图像。(i) pre-MxCy和MxCy的密度和 (j) 孔隙率作为填料比例的函数。
图 4。(a) 所制备的气凝胶复合材料的电导率。(b) 填料之间的协同效应示意图。(c) 趋肤深度，(d) SE T，(e) X波段范围内MxCy的平均实验和理论SET (2 mm)，(f) SE R和 SE A。(g) 所制备的混合碳气凝胶在 12.4 GHz 下的 SE T、SE A和 SE R值，(h) SE R /SE T & SE A /SE T，（i）功率系数，和（j）所有样本的 A/R 值。(k) 其他复合材料的 EMI SE 比较
图5。(a) MxCy气凝胶的EMI屏蔽机制示意图。(b) 用于比较综合EMI屏蔽性能的雷达图。(c) MxCy作为密度函数的SSE/t比较。(d) M2C1的高性能电磁屏蔽能力试验
图6。(a) MxCy气凝胶的热导率。(b) 红外热图像和 (c) M2C1气凝胶复合材料的隔热实验。
小结
总之，通过接枝、冷冻干燥和热解工艺开发了一种具有大孔和异质结构的超轻 TiC-CNT/纤维素衍生的碳气凝胶复合材料。该多功能气凝胶复合材料可有效缓解二次电磁波污染，在航空航天、电信和建筑施工领域具有巨大的实用潜力。
文献：
https://doi.org/10.1016/j.carbon.2022.06.022
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