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北航蔡军教授课题组Small：三明治结构组装策略制造基于MXene/纳米银线的超高导电多功能柔性复合薄膜

时间：2023-09-22 来源： 浏览：

北航蔡军教授课题组Small：三明治结构组装策略制造基于MXene/纳米银线的超高导电多功能柔性复合薄膜

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#MXene 30 个
#电磁屏蔽 1 个
#电加热 1 个
#可拉伸导线 1 个

柔性导电薄膜具有轻质灵巧、适形能力强等优势，在智能可穿戴、电子通信和航空航天等领域前景广阔。但是，实现柔性导电薄膜的多功能集成仍是挑战，不仅需要构建可靠的电路通道，还要为系统的稳定运行提供有效的电磁屏蔽和热管理。稳定高效的导电网络是实现其多功能性的前提，目前多种低维纳米材料（如纳米银线、石墨烯、MXene等）和沉积工艺（如喷涂、旋涂、抽滤等）被用于制造柔性导电复合薄膜。然而，单一工艺的局限和结构设计的欠缺，使得柔性复合薄膜的导电性能难以达到理想水平，极大限制其性能及应用。

近日， 北京航空航天大学机械工程及自动化学院 蔡军教授 课题组 提出一种新颖的三明治结构组装策略，利用MXene/纳米银线制备出具有超高导电性及耐温能力的多功能柔性复合薄膜 。 相关成果以“Multifunctional Flexible MXene/AgNW Composite Thin Film with Ultrahigh Conductivity Enabled by a Sandwich-Structured Assembly Strategy”为题发表在国际期刊 Small 。论文第一作者是北航机械学院博士生 程翔 ，通讯作者是北航卓越百人博士后 龚德 。该研究得到了国家自然科学基金、中国博士后科学基金等项目的资助支持。
在本项工作中，三明治结构复合薄膜的核心层是真空抽滤-转印的纳米银线，其顶层和底层则是喷涂工艺沉积的MXene纳米片。其中，MXene纳米片层可通过氢键作用使复合材料紧密接合并牢固附着在聚酰亚胺基底上，对复合薄膜成形起到关键作用。所制备的导电增强复合薄膜中，紧密堆积的纳米银线和均匀沉积的MXene纳米片共同为电子的高效传输提供丰富的导电通道，使其具备超高电导率（27193 S·cm -1 ），并赋予其卓越的电磁干扰屏蔽效能（绝对屏蔽效能达16223.3 dB·cm 2 ·g −1 ）以及出色的电加热性能（2.2 V可升温至124.7 °C）。此外，得益于其优异的均匀性和可加工性，复合薄膜还可以通过激光切割制备出剪纸图案化可拉伸电极连线，其在极端温度处理以及大范围拉伸、扭转过程中依然能保持良好的电学稳定性。该研究为制造高导电多功能柔性复合薄膜提供了一种便捷可靠的方法，所制备的柔性复合薄膜具有构建新一代高集成柔性电子设备的应用潜力。
图1  柔性复合薄膜的制备与表征
图2  柔性复合薄膜的电导率测试及其工艺优化
图3  柔性复合薄膜的电磁屏蔽性能及机制
图4  柔性复合薄膜的电加热性能和红外隐身特性
图5  基于柔性复合薄膜的剪纸图案化可拉伸电极连线及性能评价
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论文信息： Xiang Cheng, Jun Cai, Peng Liu, Teng Chen, Bo Chen, and De Gong*. Multifunctional Flexible MXene/AgNW Composite Thin Film with Ultrahigh Conductivity Enabled by a Sandwich-Structured Assembly Strategy.  Small .
原文链接： https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/smll.202304327
来源：高分子科学前沿
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