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《Nano Research 》:油墨直写打印MXene凝胶墨水制备多功能栅格用于动态电磁屏蔽和图案化焦耳热

《Nano Research 》:油墨直写打印MXene凝胶墨水制备多功能栅格用于动态电磁屏蔽和图案化焦耳热

  • 分类:资讯中心
  • 发布时间:2023-11-14 11:44
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【概要描述】2023年8月31日,北京化工大学材料科学与工程学院于中振教授团队在材料《Nano Research 》发表题为Direct ink writing of multifunctional gratings with gel-like MXene/norepinephrine ink for dynamic electromagnetic interference shielding and patterned Joule heating的研究论文,提出通过油墨直写MXene凝胶墨水打印栅格结构。

《Nano Research 》:油墨直写打印MXene凝胶墨水制备多功能栅格用于动态电磁屏蔽和图案化焦耳热

【概要描述】2023年8月31日,北京化工大学材料科学与工程学院于中振教授团队在材料《Nano Research 》发表题为Direct ink writing of multifunctional gratings with gel-like MXene/norepinephrine ink for dynamic electromagnetic interference shielding and patterned Joule heating的研究论文,提出通过油墨直写MXene凝胶墨水打印栅格结构。

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2023年8月31日,北京化工大学材料科学与工程学院于中振教授团队在材料《Nano Research 》发表题为Direct ink writing of multifunctional gratings with gel-like MXene/norepinephrine ink for dynamic electromagnetic interference shielding and patterned Joule heating的研究论文,提出通过油墨直写MXene凝胶墨水打印栅格结构。

原文链接:

https://doi.org/10.1007/s12274-023-6044-9

 

 研究简介 

该团队提出通过油墨直写MXene凝胶墨水打印栅格结构,利用其各向异性的结构特点从而实现动态电磁屏蔽,还通过油墨直写打印制备高精度精美涂层用于图案化焦耳热。其中,MXene墨水的凝胶化是通过加入微量去甲肾上腺素(NE)实现的。得益于油墨直写打印的可设计性和高精确度以及MXene凝胶墨水本身优异的性质,MXene栅格展示出0.5-28.0 dB的宽频屏蔽效果,在on模式下有高达95688.5 dB cm2 g-1的比电磁屏蔽值,在超薄厚度的前提下实现高效电磁屏蔽。此外,MXene栅格还表现了出色的焦耳热性能。结合灵活打印制备的精美图案,MXene涂层可用于图案化焦耳热。这使得MXene涂层在电磁波屏蔽与调控、精确化加热和高级热管理等方面都展现出良好的应用前景。

 

图1 (a) MXene/NE凝胶墨水的制备(b)油墨直写打印墨水制备精美的栅格和图案(c)MXene多功能涂层用于动态电磁屏蔽和图案化焦耳热

 

图2 (a)纯MXene墨水(50 mgmL-1)和MXene/NE墨水(20 mgmL-1)宏观流变性能比较的数码照片,纯MXene墨水和MXene/NE墨水的(b)XRD谱图和(c)红外光谱(d)MXene/NE墨水XPS的N 1s谱图(e)纯MXene墨水、MXene/NE墨水和NE溶液的zeta电位(f)纯MXene墨水和MXene/NE墨水的DLS测试(g)MXene/NE体系的纳米片组装体的TEM图像(h) MXene/NE体系的纳米片组装体的HAADF图像和(i)EDSmapping图像

 

图3 纯MXene墨水和MXene/NE墨水的(a)粘度随剪切速率变化曲线(b)剪切变稀测试(c)模量随频率变化曲线(d)在玻璃基底上精确打印的精美图案的数码照片(e)在PI、PP、纸基和PA基底上打印MXene/NE栅格的数码照片(f) MXene栅格在不同基底上的良好粘附性和柔性展示。PI基底上涂层的(g)俯视SEM图像和(h)横切面图像(i)MXene/NE墨水与之前文献报道中墨水的导电率和固含量的对比

 

图4 (a)栅格实现动态电磁屏蔽的主要原理(b)在0°和90°下的不同间距MXene栅格的电磁屏蔽效能(c)不同打印层数MXene栅格的厚度和导电率。不同打印层数栅格在0°和90°下的(d)电磁屏蔽效能和(e)屏蔽电磁波的能量(f)打印层数为五层的栅格分别在0°、30°、60°和90°下的电磁屏蔽效能(g)五层栅格在0-180°下总电磁屏蔽效能、反射电磁屏蔽效能和吸收电磁屏蔽效能(h)五层栅格在0-180°下反射和吸收电磁波能量

 

图5 (a)MXene栅格的电磁屏蔽效能循环曲线(b)MXene栅格(PI基底)在弯折1500次前后电磁屏蔽效能的对比(c)单根花丝在8.2-40.0 GHz的宽频屏蔽(d)MXene栅格与其他文献报道的MXene基、碳基气凝胶和MXene基薄膜的比屏蔽值对比

 

图6 (a)MXene栅格用于焦耳热的模型图(b)红外相机拍摄的MXene栅格数码照片(c)MXene栅格在不同电压下的温度-时间曲线(d)MXene栅格在0-5 V电压下逐步升降对应温度-时间曲线(e)MXene栅格在0V和5V之间的循环加热曲线(f)MXene栅格在5V下长时间加热的温度-时间曲线(g-i)油墨直写打印MXene精美图案用于图案化焦耳热

 

 研究结论 

多功能MXene光栅具有广泛的EMI SE调谐范围,优越的可逆性和卓越的机械灵活性,由DIW用开发的凝胶状MXene/NE墨水构建,用于动态EMI屏蔽和图案焦耳加热应用。NE可以增强MXene片间的相互作用,大大改善MXene油墨的流变性能,满足DIW技术的要求。此外,大面积导电MXene光栅具有华丽复杂的图案,具有优异的焦耳加热性能,在5 V的低电压下达到117.7°C的温度,具有即时响应,优异的稳定性和良好的稳定性。由于其高导电性,宽EMI调谐范围,易于EMI屏蔽调制和卓越的焦耳加热性能,多功能图图化MXene光栅在智能EMI屏蔽,可穿戴电子设备和自适应热管理领域的应用非常有前途。

 

 

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