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浙江大學(xué)徐志康/張超團(tuán)隊、呂朝鋒團(tuán)隊 Adv. Mater.：超重力場作用下的異質(zhì)取向納米復(fù)合水凝膠-“以少勝多”的電磁屏蔽性能
2024-04-19  來源：高分子科技

  納米復(fù)合水凝膠具有豐富的結(jié)構(gòu)調(diào)控和功能可設(shè)計性，能完美集成納米材料和水凝膠各自的獨特功能為一體，在能源、電子、生物醫(yī)學(xué)和環(huán)境科學(xué)等領(lǐng)域極具吸引力。具有取向結(jié)構(gòu)的二維納米片復(fù)合水凝膠尤為重要，其中的納米片能利用其取向結(jié)構(gòu)強化物質(zhì)的傳遞與交互，從而展現(xiàn)出優(yōu)于無序納米復(fù)合水凝膠的力學(xué)/光學(xué)/磁學(xué)/電學(xué)性能。此類取向納米復(fù)合水凝膠的構(gòu)筑主要基于外場驅(qū)動納米片在聚合物溶液中的組裝，涉及電場、磁場、剪切力、機械力和常重力等的利用，也需要對納米片材料進(jìn)行特定物理化學(xué)性質(zhì)的設(shè)計與強化。另一方面，如何簡化制備過程同時提高納米片在納米復(fù)合水凝膠中的取向度，依然是一個需要解決的問題。需要發(fā)展一種通用策略，能夠操控各種納米片在聚合物中的分布與取向，從而解決取向納米復(fù)合水凝膠的制備難題。


  浙江大學(xué)徐志康教授/張超研究員團(tuán)隊與呂朝鋒教授團(tuán)隊合作，提出了一種簡易且通用的超重力驅(qū)動納米片可控組裝與堆疊的策略，制備了具有高度定向和異質(zhì)結(jié)構(gòu)的納米復(fù)合水凝膠，打破了傳統(tǒng)力場只適用于特定納米片的限制。不同于傳統(tǒng)力場，超重力包含耦合的正交剪切和離心力場，具有雙向和力可調(diào)的屬性，因此能夠驅(qū)動納米片在聚合物溶液中高效運動、組裝和堆疊。這種協(xié)同效應(yīng)可以制備具有高取向富含納米片層和富含聚合物層的異質(zhì)納米復(fù)合水凝膠，并且適用于任意性質(zhì)的納米片材料，包括MXene、MoS2、GO和 C3N4等。有趣的是，取向異質(zhì)MXene納米復(fù)合水凝膠展現(xiàn)出非凡的電磁干擾屏蔽效能，在MXene含量只有0.3 wt%的情況下，其在12.4 GHz波段下電磁干擾屏蔽效能高達(dá) 55.2 dB，超越了大多數(shù)基于水凝膠的電磁屏蔽材料。進(jìn)一步結(jié)合對照實驗和有限元計算模擬，表明這種“以少勝多”的電磁干擾屏蔽效能主要源于MXene納米復(fù)合水凝膠的異質(zhì)取向結(jié)構(gòu)，此類結(jié)構(gòu)賦予納米復(fù)合水凝膠具有獨特的“吸收-反射-再吸收”機制，最大限度地吸收入射電磁波同時減少了電磁波的反射。


 圖1. 超重力導(dǎo)向納米復(fù)合水凝膠的設(shè)計理念與制備方式。


 圖2. 超重力導(dǎo)向法制備取向納米復(fù)合水凝膠的微觀機理。


 圖3. 取向異質(zhì)MXene納米復(fù)合水凝膠的電磁屏蔽性能與機理。


  相關(guān)工作以“Supergravity‐Steered Generic Manufacturing of Nanosheets‐Embedded Nanocomposite Hydrogel with Highly Oriented, Heterogeneous Architecture”為題發(fā)表在Advanced Materials上。論文的第一作者為博士研究生徐廣昌和博士后聶亦涵，張超研究員、呂朝鋒教授和徐志康教授為共同通訊作者。該項工作得到了浙江省自然科學(xué)基金重大項目、國家自然科學(xué)基金重點項目和面上項目以及國家重點研發(fā)計劃的資助。


  原文鏈接：https://doi.org/10.1002/adma.202400075

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