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《苏州纳米所李清文、勇振中等合作CEJ：电磁屏蔽性能优异的多功能钴镍负载石墨烯/碳纳米管泡沫》

  • 来源专题：生物安全知识资源中心—领域情报网
  • 编译者： hujm
  • 发布时间：2022-12-30

  • 　随着科学技术的迅猛发展,电磁辐射污染问题越来越受到人们的重视和关注。电磁屏蔽技术在电磁辐射污染控制方面发挥重要的作用，开发具有优异电磁屏蔽性能的电磁屏蔽材料是实现有效电磁屏蔽的关键。目前，传统电磁屏蔽材料在低密度、高电导率、高力学性能、隔热性能和阻燃性能等方面存在不足，难以满足未来高科技时代的实际应用要求，研制先进的多功能电磁屏蔽材料已成为一种发展趋势。因此，开发适用于不同应用环境的多功能电磁干扰屏蔽材料具有重要的应用价值。

    　　近期，中国科学院苏州纳米所李清文团队采用定向冷冻干燥和水热工艺相结合的策略制备了具有定向孔结构的多功能钴镍负载石墨烯/碳纳米管泡沫（NiCo@RSF）。其中，定向孔结构的孔壁由RGO和SWNTs均匀混合形成的“钢筋混凝土”结构组成，NiCo纳米颗粒均匀地负载在RSF骨架上。得益于RGO和SWNTs形成的三维导电网络的介电损耗作用、NiCo磁性纳米粒子的磁损耗作用和定向孔结构产生的电磁波在限域空间的多重反射吸收，所制备的NiCo@RSF在X波段的电磁屏蔽性能高达105 dB，SSE/t可达18711 dB？cm-2 g-1。同时，NiCo@RSF还表现出优异的隔热和阻燃性能，呈现出多功能特性。该研究工作为轻量化碳基电磁屏蔽材料的设计提供了有效指导。 　

    　相关工作以Multifunctional NiCo@RGO/SWNTs foam with oriented pore structure for excellent electromagnetic interference shielding为题发表在Chemical Engineering Journal上。论文第一作者是中国科学院苏州纳米所博士生傅慧丽，通讯作者为中国科学院苏州纳米所勇振中项目研究员、西安科技大学余盈荧副教授和中国科学院苏州纳米所李清文研究员，该工作得到国家自然科学基金、江西省科技计划项目等项目资助。

  • 原文来源：http://www.sinano.cas.cn/news/kyjz/202212/t20221230_6592087.html;https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1385894722058041
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相关报告

  • 《苏州纳米所李清文团队成功实现>7GPa碳纳米管纤维制备》
    • 来源专题：生物安全知识资源中心—领域情报网
    • 编译者：hujm
    • 发布时间：2023-10-18
    • 　　碳纳米管纤维（Carbon nanotube fiber, CNTF）是由大量一维碳纳米管组装而成的宏观纤维材料，其碳纳米管组装单元（CNT）在理论上具备超高的力学与电学性能，使得碳纳米管纤维展现出兼具金属纤维、高分子纤维及碳纤维的综合性优势。在多种碳纳米管纤维常用制备方法中，浮动催化直接纺丝法（floating catalysis chemical vapor deposition, FCCVD）由于具有极高的制备效率，被认为是碳纳米管纤维宏量制备的关键技术。然而，该方法制备的碳纳米管纤维存在着大量的碳纳米管弯曲、缠结及管间孔隙等缺陷，限制了纤维性能的充分发挥以及实际应用。为此，研究人员通过多种后处理手段进行浮动催化碳纳米管纤维的性能增强研究。总体而言，现有后处理手段往往只着重关注纤维中的某一类型缺陷，且关于纤维微观结构变化对纤维载荷传递与性能的影响机理尚不明晰，阻碍了碳纳米管纤维性能的进一步提升。因此，发展出可同时实现纤维再取向及致密化的综合后处理技术，已然成为高性能碳纳米管纤维研究与应用领域的关键。 　　本工作中，中国科学院苏州纳米所李清文团队开发出一种针对浮动催化法碳纳米管纤维的新型综合后处理增强策略，主要包括氯磺酸辅助牵伸取向与辊压致密，可实现碳纳米管纤维中碳纳米管取向度及管间堆积致密度的同步提升。此外，通过纤维表面及断面的高分辨SEM、广角X射线散射（WAXS）、偏振Raman光谱及BET分析等多种微观结构表征手段，揭示出纤维微观结构演变对纤维力电性能的影响及增强机理。研究表明，纤维内碳纳米管弯曲、缠结及管间孔隙等缺陷在后处理过程中得到显著降低，对纤维性能提升十分有利。进一步地，通过后处理参数优化，得到了综合性能优异的碳纳米管纤维，其中，纤维拉伸强度达到7.67 GPa，弹性模量达到230 GPa，电导率提升至4.36×106 S/m。 　　浮动催化碳纳米管纤维的多步后处理工艺，首先为氯磺酸辅助牵伸取向过程（图1a），碳纳米管纤维原丝进入氯磺酸中，发生质子化膨胀从而降低管间范德华作用，经过牵伸取向作用及凝固浴中凝固收缩致密作用，然后进行热退火去除纤维中的杂质（图1b），最后进行辊压致密化（图1c），从而实现碳纳米管纤维取向度和致密度的同步提升。 　　多步后处理过程中碳纳米管纤维微观结构发现显著变化，纤维表面及断面的SEM和纤维断面TEM表征结果显示，氯磺酸辅助牵伸可提升纤维内碳纳米管的取向度和排列致密度，而辊压致密化处理可进一步提升纤维致密度。 　图3a-c中通过密度和BET分析表征了纤维致密度及孔隙缺陷的变化情况，显示氯磺酸辅助牵伸和辊压过程均有效降低了碳纳米管纤维中孔隙缺陷，提升了纤维致密性。图3d-h通过WAXS表征了纤维中碳纳米管取向性的变化情况，图3i偏振Raman表征验证了纤维取向度变化，结果均显示纤维取向度的提升主要来自氯磺酸辅助牵伸过程，而辊压过程则可进一步少量提升纤维的取向度。 　　图4为多步后处理过程中的不同牵伸率、牵伸速率、凝固浴成分及辊压速度条件对碳纳米管纤维力学拉伸性能的影响，从而获得了多步后处理过程的最佳处理条件，牵伸率为16%，牵伸速率为0.058 m/min，凝固浴采用二氯甲烷（DCM），辊压速率为0.5 cm/min。同时，研究团队也研究了不同处理条件对碳纳米管纤维导电性的影响。 　　经过处理条件优化，研究团队制备的高性能碳纳米管纤维具有极高的力学、电学性能，其拉伸强度达到7.67 GPa，弹性模量达到230 GPa，电导率达到4.36×106 S/m。与传统高性能纤维相比，该高性能碳纳米管纤维具有高强、高导电的综合性能优势，同时，碳纳米管纤维还展现出良好的可加工性和电热转化性能。总体而言，本工作中碳纳米管纤维的力学与电学性能均达到浮动催化碳纳米管纤维领域中的最高水平。相关工作以Carbon nanotube fibers with excellent mechanical and electrical properties by structural realigning and densification为题发表于Nano Research，中国科学院苏州纳米所吴昆杰副研究员、博士生牛宇涛及江西省纳米技术研究院博士后王彬为论文的共同第一作者，通讯作者为中国科学院苏州纳米所张永毅研究员、勇振中研究员，北京石墨烯研究院蹇木强研究员和中国科学院苏州纳米所李清文研究员。上述研究工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金等项目的支持。
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  • 《苏州纳米所康黎星等在碳纳米管限域合成一维磁性原子链研究方面取得新进展》
    • 来源专题：生物安全知识资源中心—领域情报网
    • 编译者：hujm
    • 发布时间：2023-10-12
    • 　　低维磁性材料由于其特殊的磁学性质，在基础理论发展和自旋电子器件应用均有重要研究价值，因而引起了研究人员的广泛兴趣。二维磁性材料研究在过去的十多年里取得了长足进展，如铬基卤化物范德瓦尔斯磁体 CrX3（X=I、Br、Cl）具有高度可调的磁性能，表现出明显的层数依赖。然而，这些奇妙的特性能否从二维延续到一维是一个极具吸引力和挑战性的问题。合成高质量一维磁性原子链是研究其物理特性的重要前提。然而，将二维宏观尺寸缩小到一维原子链，必然会导致卷曲和不稳定，这使得合成和表征非常具有挑战性。 　　针对上述问题，中国科学院苏州纳米所康黎星研究员等人采用碘辅助真空化学气相传输（I-VCVT）方法，以碳纳米管为模板，在其空腔内部高效率地制备了高质量一维CrCl3原子链，并在光谱研究中发现了一维原子链结构与碳纳米管之间的电荷转移。对该体系动态磁性的全面研究发现，一维CrCl3原子链在3 K左右存在自旋玻璃态冻结。该工作为控制合成一维磁性原子链提供了一个有效的策略，其丰富的磁学性质提供了物质基础充分研究其内在物理机制，也为未来开发基于一维磁性的自旋电子器件提供了基础。 　　使用化学气相传输中常用的碘作为气相传输剂，增强了前驱体从碳纳米管表面向内部的扩散行为，从而获得了结晶质量优异的高连续性一维CrCl3原子链。 　大范围的STEM以及EDX元素图谱的扫描表明一维 CrCl3 原子链被高效及均匀地封装在 SWCNT 的空腔内，原子分辨的低压TEM以及模拟图揭示了被封装的一维CrCl3原子链的结构。 　　Raman表征发现了碳纳米管与封装物之间的主客体电荷转移，以及由此产生的G模式蓝移和RBM模式的抑制，XPS的C 1s峰向低能量移动佐证了主客体电荷转移。 　相关工作以Efficient Synthesis of Highly Crystalline One-Dimensional CrCl3 Atomic Chains with a Spin Glass State为题发表于ACS Nano，中国科学院苏州纳米所博士生李云飞和博士后李阿蕾、李晶为论文共同第一作者。上海科技大学曹克诚研究员和中国科学院苏州纳米所康黎星研究员、李清文研究员为共同通讯作者。该研究获得了国家自然科学基金、江苏省青年基金和中国科学技术大学“雏鹰基金”等项目的支持。 　　
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