坚韧导电的珍珠层启发的MXene-环氧树脂层状块体纳米复合材料

在材料科学中，一个长期的探索是开发具有韧性的环氧树脂纳米复合材料，用于许多应用。受珍珠层的启发，这篇工作报告了坚韧和导电的MXene/环氧层状块体纳米复合材料。退火处理增强了MXene片层支架的取向。通过表面化学修饰，改善了MXene层状支架与环氧树脂的界面相互作用，形成了协同效应。将MXene纳米片的层间距调整到临界距离，其断裂韧性比纯环氧复合材料提高了约8倍，超过了其他环氧纳米复合材料。受珍珠层启发的MXene/环氧层状块体纳米复合材料还表现出高的导电性，提供了结构完整性的自我监测能力，并表现出出色的电磁干扰屏蔽效率。这里提出的策略为制备高性能环氧纳米复合材料提供了一条途径。

Figure 1. 天然珍珠层及导电珍珠层的制备。 （a）天然珍珠层光学图像。(b)天然珍珠层横切面的扫描电镜图像，显示“砖和灰浆”的层状结构。(c)天然珍珠层的机械性能。(d)通过双向冷挤压制备导电珍珠层的组装过程示意图。对MXene片状支架进行退火处理，并对其进行表面改性，然后将环氧前驱体渗透到MXene片状支架中。(e)固化后获得的厘米大小导电珍珠层的光学图像。(f)导电珍珠层截面的SEM图像，显示出与天然珍珠层相似的层状结构。(g)导电珍珠层的力学性能，表明导电珍珠层比天然珍珠层更强、更韧。

Figure 2. 机械性能。(a)作为导电珍珠层、人工珍珠层和天然珍珠层弯曲应变函数的弯曲应力。(b)导电珍珠层、人工珍珠层和天然珍珠层的抗裂纹扩展曲线。(c)不同天然和人工材料的比强度与比断裂韧性的阿什比图。(d)具有长程锯齿形裂纹挠度的导电珍珠层的断口。(e)d中蓝色框区域的放大图像。红色框区域表示裂纹分枝和微裂纹。(f)从d中蓝色框区拍摄的放大图像，显示界面处的摩擦和导电珍珠层中向裂纹路径末端的裂纹桥接。

Figure 3. 珍珠层启发的MXene/环氧层状块体纳米复合材料中的界面相互作用和聚合物约束。(a)MXene板层支架的二维SAXS图像和方位角(φ)图。(b)对MXene、CMC、MXene片状支架及后处理MXene片状支架的FT-IR分析。(c)纯MXene和后处理MXene片状支架Ti 2p区的XPS谱图。后处理MXene片层支架上Si-O-Si和Ti-O-Si特征峰的增加表明接枝成功。(d)在珍珠层激发的MXene/环氧层状块体纳米复合材料中，在不同层间距离处MXene纳米片之间的聚合物约束和化学键合示意图。

、Figure 4. 电气特性。(a)人工和导电珍珠层的导电性。(b)和(c)导电珍珠层自我监测完整性，显示第一和第二负载。(d)人造导电珍珠层EMI组。(e)人工珍珠层和导电珍珠层在8.2GHz下的SET,SEA和SER。(f)导电珍珠层的EMI屏蔽机制示意图。
  相关研究工作由北京航空航天大学Qunfeng Cheng课题组于2022年在线发表于《Angewandte Chemie International Edition》期刊上，原文：Tough and Conductive Nacre-inspired MXene/epoxy Layered Bulk Nanocomposites。

审核编辑 ：李倩