將碳化鈦 (Ti
3C
2T
x) MXene 納米片組裝成宏觀薄膜面臨著諸多挑戰，包括空隙、低取向度和弱界面相互作用，這些都會降低機械性能。我們展示了一種超強宏觀 MXene 薄膜，使用液態金屬 (LM) 和細菌纖維素 (BC) 依次橋接 MXene 納米片 (LBM 薄膜)，實現了 908.4 兆帕的拉伸強度。使用反復循環的刀片涂層的逐層方法將 LBM 薄膜中的取向度提高到 0.935，而具有良好變形能力的 LM 將空隙降低到 5.4% 的孔隙率。BC 的氫鍵和與 LM 的配位鍵增強了界面相互作用，從而提高了應力傳遞效率。順序橋接為將其他二維納米片組裝成高性能材料提供了途徑。
圖 1. LBM 膜的制備示意圖和特性。(A) 通過逐層方法制備 LBM 膜的示意圖，其中反復進行刮涂和熱壓。MXene 納米片與 LM 之間以及 BC 與 LM 之間分別形成 Ti-O→Ga3+ 和 C-O→Ga3+ 兩種配位鍵。(B 和 C) BM (B) 和 LBM (C) 膜的 FIB 切割橫截面形貌。比例尺，1 毫米。(D 和 E) BM (D) 和 LBM (E) 膜的納米 CT 三維重建微結構。紅色表示空隙，白色、藍色和透明分別表示 LM、MXene 納米片和 BC。比例尺，1 毫米。(F) BM 和 LBM 膜的孔隙率。(G) 平行于膜平面的入射 Cu-Ka x 射線束的 WAXS 圖案。記錄了 LBM 薄膜 (002) 峰的方位角掃描輪廓。(H) 通過不同的組裝方法（包括真空過濾、蒸發和刮刀涂層），LBM 薄膜與其他 MXene 薄膜的拉伸強度和楊氏模量進行了比較。
圖 2. LBM 薄膜的界面相互作用表征。 (A) Ga2O3 和 LBM 薄膜的 Ga K 邊 XANES 光譜。 (B) R 空間中 Ga2O3 和 LBM 薄膜的傅里葉變換 (FT)。 (C 和 D) Ga2O3 (C) 和 LBM 薄膜 (D) 的 WT 分析。 (E 至 G) 在 30° 至 120°C 的加熱溫度范圍內進行 VT-FTIR 光譜分析。 (E) MXene 納米片和 BC 之間的氫鍵。 (F) BC 和 LM 之間的 C-O→Ga3+ 配位鍵。 (G) MXene 納米片和 LM 之間的 Ti-O→Ga3+ 配位鍵。 (H) 與氫鍵和配位鍵相關的波數偏移比較。 (I 到 L) 隨著 Q 增加的四種界面相互作用的 DFT 計算。(I) MXene-MXene（弱氫鍵），(J) MXene-BC（氫鍵），(K) BC-LM（弱配位鍵），和 (L) MXene-LM（強配位鍵）。
圖 3. LBM 薄膜的力學性能和斷裂機制。（A）MXene、BC、BM、LPM 和 LBM 薄膜的應力-應變曲線。（B）BM 和 LBM 薄膜的斷裂形貌。比例尺，低分辨率圖像中為 5 毫米，高分辨率圖像中為 1 毫米。（C）LBM 薄膜的擬議斷裂機制。（D）兩種界面處 Q 的 DFT 計算，四種相互作用強度：MXene-MXene、MXene-BC、BC-LM 和 MXene-LM。（E）LBM 薄膜斷裂機制的有限元分析。
圖 4. EMI屏蔽效能表現。(A) MXene、BM、LPM、LBM薄膜的EMI SE值的頻率變化函數。(B)不同厚度LBM薄膜的總EMI SE（SET）、其吸收（SEA）和反射（SER）分量。(C)不同厚度LBM薄膜的A、R、T的功率效率。(D) LBM薄膜的電磁屏蔽機理圖。(E) LBM薄膜與其他MXene材料的EMI SE t−1和強度比較。
相關科研成果由北京航空航天大學Qunfeng Cheng等于2024年發表在Science（https://doi.org/10.1126/science.ado4257）上。原文：Ultrastrong MXene film induced by sequential bridging with liquid metal
原文鏈接：https://doi.org/10.1126/science.ado4257
轉自《石墨烯研究》公眾號
