北京化工大學于中振教授、張好斌教授團隊展示了一種有效的方法來提高MXene基氣凝膠的彈性，同時保持其高導電性和低密度特性。基于MXene納米片與酸化碳納米管（aCNT）的協同作用，通過定向冷凍和后續冷凍干燥構建了具有類爬山虎微形貌的MXene/aCNT各向異性氣凝膠。MXene納米片構建了各向異性多孔骨架，而aCNTs像爬山虎一樣牢牢地抓住MXene納米片形成的孔壁，不僅提升了MXene基氣凝膠的強度，還實現了氣凝膠的超輕性和超彈性。同時，高導電骨架、多孔結構以及MXene和aCNT上豐富的可極化中心賦予了氣凝膠極高的電磁屏蔽性能。此外，定向多孔的全無機骨架不僅使得MXene/aCNT各向異性氣凝膠具有良好的隔熱性能，還可以經受極端溫度（-196~300℃）環境而不會發生脆斷或融化，仍然保持很好的壓縮回彈性。這些特性使該氣凝膠有望應用于熱敏感電子器件的隔熱、緩震、電磁干擾防護等領域。

本文亮點

1. 受爬山虎植物的啟發構建了一維酸化碳納米管/二維MXene納米片協同增強的輕質、高導電、超彈性的各向異性MXene/酸化碳納米管氣凝膠（MCA）；

2. 解決了MXene氣凝膠在超低密度下難以兼具高彈性和高導電的問題，添加5 wt %酸化碳納米管的MCA便可以實現超彈性、塑性形變小、抗疲勞壓縮性能好等優點，其密度可以低至9.1 mg cm^?3，電導率為447.2 S m^-1,與石蠟復合后其在X波段的EMI屏蔽性能超過51 dB。而當MCA密度增至18.2 mg cm^?3時，電磁屏蔽性能平均可達90 dB。

3. 更有意義的是，與商業隔熱泡沫相比，MCA具有更好的保溫能力，而且能夠耐受在300 ℃高溫和液氮（-196 ℃）超低溫環境，仍保持良好的彈性。

圖1 MXene/酸化碳納米管氣凝膠的(a-c)合成流程圖及(d-g)其多功能展示。

圖2 MXene/酸化碳納米管(a-b)基元及其氣凝膠的(d-g)形貌和(h-i)結構性質表征。

圖3 MXene/酸化碳納米管氣凝膠的(a-c)首次壓縮回彈測試分析和(d-f)抗壓縮疲勞測試及(g)彈性機理。

圖4 MXene/酸化碳納米管氣凝膠的(a, b)電學性能、(c-e)電磁屏蔽性能和(f)屏蔽機理。

圖5 MXene/酸化碳納米管氣凝膠的(a-c)隔熱性能以及其在(d)高溫和(e)超低溫環境下的壓縮回彈性能展示。

相關成果以“Superelastic, ultralight, and conductive Ti3C2Tx MXene/acidified carbon nanotube anisotropic aerogels for electromagnetic interference shielding”為題發表在ACS Appl. Mater. Interfaces（10.1021/acsami.1c02059）。論文的第一作者為博士生鄧志明，通訊作者為張好斌教授和于中振教授。該論文得到了國家自然科學基金和中央高校基礎研究基金的資助。

原文鏈接：
https://doi.org/10.1021/acsami.1c02059

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