Metal-Level Robust, Folding Endurance, and Highly Temperature-Stable MXene-Based Film with Engineered Aramid Nanofiber for Extreme-Condition Electromagnetic Interference Shielding Applications

材料科学 电磁屏蔽 芳纶 复合材料 电磁干扰 极限抗拉强度 电磁干扰 纳米纤维 纳米复合材料 聚合物 消散 纤维 电子工程 热力学 物理 工程类
作者
Chuxin Lei,Yongzheng Zhang,Dingyao Liu,Kai Wu,Qiang Fu
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:12 (23): 26485-26495 被引量:140
标识
DOI:10.1021/acsami.0c07387
摘要

Polymer-based electromagnetic interference (EMI) shielding materials possess many irreplaceable advantages than metals, such as superior flexibility, easy processing, and low density. However, impeded by their limited mechanical properties, inferior temperature resistance and unsatisfactory electrical conductivity, it is still challenging to extend their shielding applications under some extreme conditions, i.e., <-50 or >200 °C. Herein, we report an ultrathin, highly robust, superflexible, and temperature-stable film via engineering a worm-like aramid nanofiber (ANF) into the rod-like microscopic configuration, followed with self-assembly with Ti3C2Tx (MXene) into a hierarchical brick-and-mortar architecture. With stiff and symmetric aromatic rings fully straightened and well packed into a crystalline form in the backbone, this rod-like ANF enables an augmented network with effective energy dissipation, resulting in the metal-like mechanical properties, i.e., unprecedented tensile strength (300.5 MPa), high Young's modulus (13.6 GPa), and excellent folding endurance (>10 000 times). More significantly, this MXene/ANF composite film with outstanding specific EMI shielding effectiveness (8814.5 dB cm2 g-1) and flame retardancy performs a broad range of operations in the temperature range from -100 °C (355 MPa) to 300 °C (136 MPa), in which >99% electromagnetic waves could be eliminated; this promises its potential EMI shielding applications even in some extreme conditions.
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