曾志辉/刘久荣《ACS nano》双连续高强多功能MXene/碳纳米管膜

制备了具有双连续结构的轻、薄、大面积、超柔性化学交联MXene/超对齐碳纳米管复合膜。该薄膜具有高机械强度、良好的导电性、疏水性和氧化稳定性，以及包括电磁干扰(EMI)屏蔽、电热转换和光热抗菌性能在内的可穿戴多功能。在8 ~ 28 μm厚度范围内实现了24 ~ 70 dB的x波段电磁干扰屏蔽效果，在8.2 ~ 40 GHz超宽带频率范围内实现了60 dB以上的屏蔽效果。表面比SE达到122 368 dB·cm2·g-1，显著优于其他典型的屏蔽材料。该薄膜具有良好的电/光热性能，具有高效的除冰和抗菌性能。结合高效和可扩展的制造方法，多功能可穿戴双连续薄膜在可穿戴设备、国防、抗菌和物联网方面显示出巨大的应用潜力。

图文简介

C-MXene/SA-CNT薄膜的制备工艺示意图

C-MXene/SA-CNT薄膜的表征和宏观性能。(a)扫描电镜图像显示SA-CNT薄膜在红色箭头方向上的超对齐微观结构。(b) MXene薄片的TEM(图中为电子衍射图像)和(c) AFM(图中为单层的高度剖面)图像。(d) SA-CNT薄膜和(e) C-MXene/SA-CNT薄膜的二维SAXS图。(f) SA-CNT膜和(g) C-MXene/SA-CNT膜的二维WAXS图及相应的方位积分强度分布曲线。(h) C- mxene /SA-CNT薄膜的侧视图SEM图像和C-、Ti-和n -元素映射。(i)大面积(~ 50 × 40 cm)独立C-MXene/SA-CNT薄膜照片。(j)显示超柔性的独立C-MXene/SA-CNT薄膜的照片，包括可弯性、可滚性、可扭性和可折叠性。(k)重量为200克的15毫克C-MXene/SA-CNT薄膜的照片(插图显示蒲公英上放置的C-MXene/SA-CNT薄膜制成的折纸平面)。

C-MXene/SA-CNT薄膜的性能和结构表征。(a)平行方向C-MXene/SA-CNT、MXene/SA-CNT、SA-CNT薄膜的应力应变曲线(图中为垂直方向)和(b)平行方向对应的强度和杨氏模量曲线。(c) c -MXene/SA-CNT和MXene/SA-CNT的接触角。(d)水中超声处理30min后的C-MXene/SA-CNT和MXene/SA-CNT膜的照片，显示C-MXene/SA-CNT膜具有防水性能。(e) C-MXene/SA-CNT和MXene薄膜的Ti 2p谱。(f) C-MXene/SA-CNT和MXene/SA-CNT薄膜的O 1s谱。(g) C-MXene/SA-CNT、MXene/SA-CNT、MXene和SA-CNT薄膜的FTIR曲线。

C-MXene/SA-CNT膜的EMI屏蔽性能。(a)不同厚度SA-CNT薄膜垂直(Pr-SE, Pr-σ)和平行(Pa-SE, Pa-σ)方向的EMI -SE和电导率。不同MXene含量的c -MXene/SA-CNT薄膜x波段的电磁干扰SE (b)垂直方向和(c)平行方向。(d) C-MXene/SA-CNT薄膜在10 GHz时的电磁干扰屏蔽性能(SET、SEA和SER)和垂直方向导电性。(e)不同MXene含量的C-MXene/SA-CNT (5 μm)膜的EMI、SE和SSE。(f)添加45% MXene的C-MXene/SA-CNT膜的不同层的EMI SE。(g) sa - cn基薄膜在95% RH环境和60℃温度下的EMI、SE和电阻随时间的变化。(h)薄膜在各种溶剂中浸泡7天，在0.5 Hz的弯曲速度下弯曲5000周(弯曲角度θ = 30°)并滚动后的x波段EMI SE。(i)实验测试了C-MXene/SA-CNT薄膜在超宽带频率范围内的电磁干扰SE，与理论计算的均匀屏蔽的电磁干扰SE进行了比较。

电磁干扰屏蔽机理及性能比较。(a) C-MXene/SA-CNT薄膜的电磁干扰屏蔽机理。报道了C-MXene/SA-CNT薄膜与典型屏蔽膜的电磁干扰屏蔽性能比较。(b) EMI SE和强度，(c)不同厚度下的SSE值。

C-MXene/SA-CNT薄膜的光电性能及抗菌应用。(a)不同电压下薄膜的电热曲线(图中为红外热图像)。(b)薄膜在1.2 V的超低电压下24小时的稳定性测试(附图为红外热图像)。(c)薄膜和典型商用金属基加热器的平衡温度与输入功率密度曲线。电热除冰过程:(d)在无电压和2.4 V电压下的薄膜。薄膜的光热曲线(e)在不同光功率密度下，(f)在光开关循环下，(g)在逐渐增加的光功率密度下(图中为红外热图像)，(h)在50 mW/cm2功率密度下氙灯照射下不同MXene含量时的光热曲线。(i)不同MXene含量薄膜的平衡温度与输入功率密度曲线。(j)薄膜作为可穿戴智能加热器的照片和红外热图像。C-MXene/SA-CNT膜对大肠杆菌的典型抗菌性能(k)为无光和(l)为光照射(绿点代表活菌，红点代表死菌)。

论文信息

论文题目：Bicontinuous, High-Strength, and Multifunctional Chemical-Cross-Linked MXene/Superaligned Carbon Nanotube Film

通讯作者：Na Wu，曾志辉，刘久荣

通讯单位：苏黎世联邦理工学院，山东大学

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