鄭州大學(xué)橡塑模具國家工程研究中心劉春太教授團(tuán)隊在《ACS Applied Materials & Interfaces》期刊上發(fā)表了題為“MXene-coated Wrinkled Fabrics for Stretchable and Multifunctional Electromagnetic Interference Shielding and Electro/Photo-Thermal Conversion Applications”的文章（DOI：10.1021/acsami.1c19890）。通過簡單的預(yù)拉伸和噴涂方法制備了具有褶皺結(jié)構(gòu)的熱塑性聚氨酯(TPU) /MXene復(fù)合織物(TMFs)。其褶皺結(jié)構(gòu)存儲了一定的可拉伸表面區(qū)域，保護(hù)MXene導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)在拉伸過程中不受破壞。其中，極低的MXene負(fù)載量(0.5 mg cm-2)的TMF在50%的應(yīng)變范圍內(nèi)，在動態(tài)拉伸過程中以及反復(fù)拉伸后均中表現(xiàn)出良好穩(wěn)定的30 dB左右的電磁屏蔽性能。此外，由于其高導(dǎo)電性和局部表面等離子體共振(LSPR)效應(yīng)，TMFs具有優(yōu)異的焦耳加熱(在5 V電壓下可達(dá)104℃)和光熱轉(zhuǎn)換性能，并且在拉伸狀態(tài)下仍具有良好的電/光熱轉(zhuǎn)換性能。因此，本工作在有效屏蔽電磁波的基礎(chǔ)上集成了可調(diào)節(jié)熱管理性能，為多功能可穿戴材料提供了新的策略。
圖1（a）Ti3C2Tx MXene納米片和（b）具有精細(xì)微褶皺結(jié)構(gòu)的TPU/MXene織物的制造過程示意圖。
圖2（a）Ti3AlC2、（b）多層Ti3C2Tx 和（c）Ti3C2Tx MXene納米片的SEM圖，（d）分層Ti3C2Tx MXene納米片的TEM和（e）AFM圖像（（e）中插圖是對應(yīng)的SAED圖案）。（f）通過AFM圖像統(tǒng)計分層Ti3C2Tx MXene的橫向尺寸。（g）Ti3AlC2和分層Ti3C2Tx MXene的XRD圖譜。（g）Ti3AlC2和Ti3C2Tx MXene的XPS圖譜。（i）Ti3C2Tx MXene的XPS Ti 2p圖譜。
圖3（a-c）不同放大倍數(shù)下TPU納米纖維膜表面形態(tài)的SEM圖像，（d-f）具有褶皺結(jié)構(gòu)的TPU/MXene織物在動態(tài)拉伸過程中的表面形態(tài)變化，（g-i）動態(tài)拉伸過程中平面TPU/MXene織物表面形態(tài)的變化。
圖4（a）不同MXene含量TMF的EMI屏蔽性能。TMF-12（b）在不同施加應(yīng)變下，以及（c）在50個應(yīng)變周期后的電磁干擾屏蔽性能。（d）不同MXene含量的TMF和平面TMF的R-A系數(shù)。（e）TMF-12在不同施加應(yīng)變下的R-A系數(shù)。（f）褶皺TMF的EMI屏蔽機(jī)理圖。
圖5（a）在4 V電壓下TMF的溫度曲線。（b）在1至5 V下TMF-9的溫度曲線和對應(yīng)的（c）紅外相機(jī)圖像。（d）在不同電壓下的飽和溫度與U2的關(guān)系。（e）在4 V電壓下，TMF-9在各種施加應(yīng)變下的溫度曲線。（f）TMF-9加熱器的溫度可調(diào)性。（g，h）戴在手套上的可穿戴TMF-9加熱器的數(shù)字和紅外相機(jī)圖像。
圖6（a）100 mW/cm2光照射下TMFs的溫度-時間曲線。右邊的插圖是對應(yīng)的紅外圖像。（b）不同輻照功率密度下TMF-9的溫度曲線。（c）實(shí)驗數(shù)據(jù)和飽和溫度與輻照功率密度的線性擬合。（d）TMF-3在開-關(guān)光照循環(huán)下的溫度-時間曲線。100mW/cm2輻照功率密度下TMF-9在不同應(yīng)變下的（e）溫度曲線和（f）紅外相機(jī)圖像。
鄭州大學(xué)橡塑模具國家工程研究中心的碩士研究生董婧雯是該論文的第一作者，通訊作者為蘇鳳梅副教授、馮躍戰(zhàn)副教授和劉春太教授。該研究得到了國家自然科學(xué)基金(21704096,51703217,12072325)和河南省自然科學(xué)項目(20A430028)的資金支持。
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https://doi.org/10.1021/acsami.1c19890
