堅(jiān)韌導(dǎo)電的珍珠層啟發(fā)的MXene-環(huán)氧樹脂層狀塊體納米復(fù)合材料

在材料科學(xué)中，一個(gè)長期的探索是開發(fā)具有韌性的環(huán)氧樹脂納米復(fù)合材料，用于許多應(yīng)用。受珍珠層的啟發(fā)，這篇工作報(bào)告了堅(jiān)韌和導(dǎo)電的MXene/環(huán)氧層狀塊體納米復(fù)合材料。退火處理增強(qiáng)了MXene片層支架的取向。通過表面化學(xué)修飾，改善了MXene層狀支架與環(huán)氧樹脂的界面相互作用，形成了協(xié)同效應(yīng)。將MXene納米片的層間距調(diào)整到臨界距離，其斷裂韌性比純環(huán)氧復(fù)合材料提高了約8倍，超過了其他環(huán)氧納米復(fù)合材料。受珍珠層啟發(fā)的MXene/環(huán)氧層狀塊體納米復(fù)合材料還表現(xiàn)出高的導(dǎo)電性，提供了結(jié)構(gòu)完整性的自我監(jiān)測能力，并表現(xiàn)出出色的電磁干擾屏蔽效率。這里提出的策略為制備高性能環(huán)氧納米復(fù)合材料提供了一條途徑。

Figure 1.天然珍珠層及導(dǎo)電珍珠層的制備。 （a）天然珍珠層光學(xué)圖像。(b)天然珍珠層橫切面的掃描電鏡圖像，顯示“磚和灰漿”的層狀結(jié)構(gòu)。(c)天然珍珠層的機(jī)械性能。(d)通過雙向冷擠壓制備導(dǎo)電珍珠層的組裝過程示意圖。對MXene片狀支架進(jìn)行退火處理，并對其進(jìn)行表面改性，然后將環(huán)氧前驅(qū)體滲透到MXene片狀支架中。(e)固化后獲得的厘米大小導(dǎo)電珍珠層的光學(xué)圖像。(f)導(dǎo)電珍珠層截面的SEM圖像，顯示出與天然珍珠層相似的層狀結(jié)構(gòu)。(g)導(dǎo)電珍珠層的力學(xué)性能，表明導(dǎo)電珍珠層比天然珍珠層更強(qiáng)、更韌。

Figure 2.機(jī)械性能。(a)作為導(dǎo)電珍珠層、人工珍珠層和天然珍珠層彎曲應(yīng)變函數(shù)的彎曲應(yīng)力。(b)導(dǎo)電珍珠層、人工珍珠層和天然珍珠層的抗裂紋擴(kuò)展曲線。(c)不同天然和人工材料的比強(qiáng)度與比斷裂韌性的阿什比圖。(d)具有長程鋸齒形裂紋撓度的導(dǎo)電珍珠層的斷口。(e)d中藍(lán)色框區(qū)域的放大圖像。紅色框區(qū)域表示裂紋分枝和微裂紋。(f)從d中藍(lán)色框區(qū)拍攝的放大圖像，顯示界面處的摩擦和導(dǎo)電珍珠層中向裂紋路徑末端的裂紋橋接。

Figure 3.珍珠層啟發(fā)的MXene/環(huán)氧層狀塊體納米復(fù)合材料中的界面相互作用和聚合物約束。(a)MXene板層支架的二維SAXS圖像和方位角(φ)圖。(b)對MXene、CMC、MXene片狀支架及后處理MXene片狀支架的FT-IR分析。(c)純MXene和后處理MXene片狀支架Ti2p區(qū)的XPS譜圖。后處理MXene片層支架上Si-O-Si和Ti-O-Si特征峰的增加表明接枝成功。(d)在珍珠層激發(fā)的MXene/環(huán)氧層狀塊體納米復(fù)合材料中，在不同層間距離處MXene納米片之間的聚合物約束和化學(xué)鍵合示意圖。

、Figure 4. 電氣特性。(a)人工和導(dǎo)電珍珠層的導(dǎo)電性。(b)和(c)導(dǎo)電珍珠層自我監(jiān)測完整性，顯示第一和第二負(fù)載。(d)人造導(dǎo)電珍珠層EMI組。(e)人工珍珠層和導(dǎo)電珍珠層在8.2GHz下的SET,SEA和SER。(f)導(dǎo)電珍珠層的EMI屏蔽機(jī)制示意圖。
相關(guān)研究工作由北京航空航天大學(xué)Qunfeng Cheng課題組于2022年在線發(fā)表于《Angewandte Chemie International Edition》期刊上，原文：Tough and Conductive Nacre-inspired MXene/epoxy Layered Bulk Nanocomposites。

審核編輯 ：李倩