本研究重點是使用直接墨水書寫 (DIW) 方法制造具有不同 MXene 濃度（1、2、5 和 10 wt%）的 3D 打印殼聚糖/Ti3C2Tx-MXene 氣凝膠。將墨水冷凍干燥以形成氣凝膠，F(xiàn)TIR 和 XRD 分析證實了殼聚糖和 MXene 分子之間的相互作用，從而增加了 MXene 納米片之間的間距。流變測試表明剪切稀化行為得到改善，增強了可打印性。更高的 MXene 含量提高了電導(dǎo)率、介電性能和電磁干擾 (EMI) 屏蔽效能，其中 10 wt% MXene 氣凝膠實現(xiàn)了 27 dB 的 EMI 屏蔽效能。熱導(dǎo)率最初降低，但后來隨著 MXene 濃度的提高而增加。機械測試表明，隨著 MXene 的增加，楊氏模量和拉伸強度增強，但斷裂伸長率降低。打印的氣凝膠用于摩擦納米發(fā)電機 (TENG)，輸出電壓從純殼聚糖氣凝膠的 22 V 增加到 2 wt% MXene 的 110 V，電流增加幅度略低。但是，超過 2 wt% MXene 會導(dǎo)致性能下降。這項研究突出了打印氣凝膠在能量收集、EMI 屏蔽和隔熱應(yīng)用方面的潛力。
圖 1. 3D打印殼聚糖/MXene氣凝膠的制備。
圖 2. (a) 殼聚糖/MXene 墨水的粘度隨頻率變化，(b) 儲能和損耗模量隨應(yīng)變變化。(c-d) 3D 打印殼聚糖/MXene 氣凝膠的圖像。
圖3. (a) 印刷氣凝膠的 FTIR 光譜，(b) MAX、MXene、殼聚糖和印刷殼聚糖/MXene 氣凝膠的 XRD 圖案。印刷的 (c) CS 和 (d) CM10 的 SEM 圖像。
圖 4. 3D 打印殼聚糖/MXene 氣凝膠的 (a) 寬帶交流電導(dǎo)率、(b) 介電常數(shù)和 (c) 介電損耗。
圖 5. 3D 打印殼聚糖/MXene 氣凝膠在 (a) 8-12 GHz 下的 EMI 屏蔽效能 (b) SER、SEA 和 SET 的貢獻，(c) R、A 和 T 的貢獻，以及 (d) 打印氣凝膠中 EMI 屏蔽機制的示意圖。
圖 6. 3D 打印殼聚糖/MXene 氣凝膠的 (a) 熱導(dǎo)率和 (b) 應(yīng)力-應(yīng)變曲線。
圖 7. (a) TENG 層的示意圖，(b) 3D 打印殼聚糖和殼聚糖/MXene 氣凝膠的開路電壓曲線，(c) 3D 打印殼聚糖和殼聚糖/MXene 氣凝膠的電流曲線。
相關(guān)科研成果由多倫多大學(xué)Chul B. Park, Mohini Sain等人于2025年發(fā)表在Carbohydrate Polymers上。原文：Lightweight 3D-printed chitosan/MXene aerogels for advanced electromagnetic shielding, energy harvesting, and thermal management
原文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2025.123252
轉(zhuǎn)自《石墨烯研究》公眾號
