成果简介
基于 MXene 的轻质导电宏观架构在各种潜在应用中受到极大关注。然而，传统方法无法生产具有可控功能和性能的定制结构。本文，北京化工大学材料学院张好斌 等研究人员在《J. Mater. Chem. A,》期刊发表名为“3D printing of resilient, lightweight and conductive MXene/reduced graphene oxide architectures for broadband electromagnetic interference shielding”的论文，研究提出通过直接墨水书写 (DIW) 技术展示了具有可定制性和形状适应性的轻质、弹性和导电MXene支架的三维 (3D) 打印。通过添加氧化石墨烯 (GO) 微凝胶来优化 MXene 墨水的流变性和可印刷性，确保印刷架构的自支撑能力以及良好的结构完整性和连接性。而且，结构设计的灵活性和构象的可调节性为优化印刷的 MXene/还原氧化石墨烯 (RGO) 支架的综合性能提供了独特的优势。
结果，轻量级MXene 支架显示出1013Sm−1 的高电导率和在8.2–26.5GHz 频率范围内超过60dB的宽带可调谐电磁干扰 (EMI) 屏蔽效能 (SE)。约100dB的最佳值和高达19 270 dB cm 2 g -1的超高归一化表面特定 SE远远优于其他3D打印EMI 屏蔽材料的结果。同时，分层和稳健的架构还提供高达 90% 应变的出色可逆压缩性以及出色的抗循环疲劳性，超过了报道的刚性和脆性印刷 MXene 结构。这项工作为基于3D打印的 MXene 架构在许多领域的结构设计和潜在应用提供了启发。
图文导读
图1、 (a) 分层 MXene/RGO 支架的制造过程示意图。(b) 蒲公英尖端上的轻量级 MXene/RGO 支架具有可逆压缩性。(c) 雪花、(d) 叉指电路和 (e) 金字塔结构的印刷定义明确的图案，以及 (f) 不同频率波导腔的印刷保形样品。
图2、 (a) 剪切粘度和 (b) 纯 MXene 墨水（5.5 wt%）和 M7G3 墨水的储能模量和损耗模量。(c) XRD 图案和 (d) MXene、M7G3、M7G3-80 和 M7G3-500 的相应层间距。(e) MXene、GO 和 M7G3-500 的拉曼光谱和 (f) FTIR 光谱。(g) XPS 宽测量光谱，(h) MXene 和 M7G3-500 的 C1s 和 (i) O1s 光谱。
图3、 (a) MXene/RGO 支架的数码照片，以及 M1G1-500 不同方向的 SEM 图像：(b 和 c) 俯视图，(d) 侧视图，和 (e 和 f) 横截面视图。（g-j）横截面孔形态和（k）具有不同 MXene 含量的 MXene/RGO 支架的孔径统计。(l) 实际间距与设定值的线性图。(m) 厚度对层数的依赖性；插图显示了脚手架的侧视图。(n) MXene/RGO 支架的元素分布图。
图4、MXene/RGO 支架的电气和EMI屏蔽性能图示
图5、MXene/RGO支架的可逆压缩性和抗疲劳性
小结
通过直接墨水书写和冰模板方法制备轻质且可可逆压缩的MXene支架。采用GO-microgel对MXene油墨流变性进行改性，开发出一种高度可印刷的水性油墨，通过调整印刷程序和油墨成分，获得了层次结构可控的MXene支架。所得的 MXene支架显示出低密度、高导电性和良好的机械性能，在极高应变下具有均匀的可逆压缩性。此外，高导电性和多孔和可设计结构的结合使 MXene 支架具有可调节的EMI屏蔽性能，其可印刷性保证了可定制的应用，以满足电子设备小型化的发展。构建坚固的网络以传递应力，实现了高可恢复压缩性和疲劳弹性。可以预见，这些具有优异机械性能的轻质导电 MXene支架在定制压阻器件和 EMI 屏蔽领域具有巨大潜力。
文献：https://doi.org/10.1039/D2TA01388F
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