北京林业大学马明国教授团队：硅烷疏水改性CNF/MXene气凝胶，集焦耳热、光热和电磁屏蔽性能于一体！

近日，北京林业大学马明国教授团队与上海市第十人民医院陈峰研究员合作，报道了一种新型的具有Joule热、光热和电磁屏蔽性能的硅烷疏水改性的纳米纤维素纤维/Ti3C2Tx气凝胶（CNF/MXene气凝胶），相关工作以“ Silicone-Coated MXene/Cellulose Nanofiber Aerogel Films with Photothermal and Joule Heating Performance for Electromagnetic Interference Shielding”为题发表在国际期刊ACS Applied Nano Materials上。

具有大比表面积、轻质的功能性气凝胶在水处理、环境、生物医学等领域具有潜在应用前景。鉴于此，北京林业大学马明国教授团队与上海市第十人民医院陈峰研究员合作，通过简单的冷冻干燥和后涂层工艺，制备了硅烷疏水改性的纤维素纳米纤维（CNF）/MXene多功能复合气凝胶，制备的多功能复合气凝胶具有39.5 dB的电磁屏蔽效率。有机硅涂层使MXene/CNFs气凝胶膜具有疏水性，这对于气凝胶在潮湿环境中的应用具有重要意义。CNF/MXene气凝胶薄膜还表现出优异的焦耳热和光热性能，具有快速的热响应和更高的温度范围（焦耳热为30.2~141.4°C，光热性能为30~91°C）。集成疏水性、高电磁屏蔽效率、优异的焦耳热和光热性能于一体的MXene/CNFs多功能复合气凝胶在智能服装和电磁屏蔽领域具有广阔的应用前景。

近年来，北京林业大学马明国教授团队在一维纳米纤维素与二维Ti3C2Tx MXene强强结合制备多功能高性能复合材料方面做了系统深入的研究。利用CNF与MXene相结合，大幅度提高材料的力学性能，相关研究结果发表在 ACS Nano上( ACS Nano, 2018, 12, 4583-4593)；制备出具有自清洁和光驱动性能的超疏水表面MXene ( Materials Horizons, 2019, 6, 1057-1065)；利用碳纳米管、CNF与MXene相结合，制备出具有高电磁屏蔽效率的超薄柔性三明治结构的CNTs/MXene/CNF纸 ( Nano-Micro Letters, 2019, 11, 72)；利用MXene/CNF为墨水，结合3D打印技术，制备了具有光热、电热和传感性能的智能纤维织物( Advanced Functional Materials, 2019, 29, 1905898)；实现光能、电能、热能、机械能的高效四重转换的MXenes-无尘纸超疏水复合纸( ACS Applied Materials & Interfaces, 2020, 12, 34226-34234)；以纳米纤维素/MXenes混合液作为液体电极，利用硅胶进行封装，构建了可拉伸、高电输出性能的液体基单电极摩擦纳米发电机( Advanced Functional Materials, 2020, 30, 2004181)；以细菌纤维素膜为基底制备了超薄柔性透明的具有Janus结构和优异电磁屏蔽性能的纳米纤维素/MXenes复合电磁屏蔽膜( Chemical Engineering Journal, 2021, 403, 126438)；总结了基于MXenes的复合材料在可穿戴领域中的应用进展( Advanced Functional Materials, 2021, 31, 2009524)；利用MXene与木海绵结合，制备出具有优异Joule热和光热的疏水气凝胶，应用于原油吸附( Journal of Colloid and Interface Science, 2021, https://doi.org/10.1016/j.jcis.2021.08.092)。

具有Joule热、光热和电磁屏蔽性能的硅烷疏水改性的CNF/MXene气凝胶制备示意图

硅烷疏水改性的CNF/MXene气凝胶的电热性能

硅烷疏水改性的CNF/MXene气凝胶的光热性能

硅烷疏水改性的CNF/MXene气凝胶的电磁屏蔽性能

论文的第一作者为北京林业大学材料科学与技术学院硕士辛伟。该研究工作得到了国家重点研发计划、新疆兵团创新发展支撑计划以及北京林业大学杰出青年人才培育计划等项目的大力支持。

全文链接：

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsanm.1c01185

来源：高分子科学前沿

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