[发明专利]一种MXene/聚酰亚胺纳米纤维气凝胶及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种MXene/聚酰亚胺纳米纤维气凝胶及其制备方法和应用，其解决了现有材料屏蔽性能差、工艺难度高、不能满足对材料立体形状或力学性能有一定要求的技术问题，其含有MXene和聚酰亚胺纤维，聚酰亚胺纤维为聚酰亚胺纳米纤维，聚酰亚胺纳米纤维呈网状，MXene呈片状分布于聚酰亚胺纳米纤维中，所述气凝胶厚度为2mm～8mm。本发明同时提供了其制备方法和应用。本发明可用于电磁屏蔽功能材料的制备领域。

技术领域

本发明涉及一种电磁屏蔽功能材料及其制备方法和应用，具体地说，涉及一种MXene/聚酰亚胺纳米纤维气凝胶及其制备方法和应用。

背景技术

随着通信技术和智能电子设备发展，电磁波的干扰和泄露产生了一系列问题，如扰乱精密设备、信息传输的窃取、危害人体健康等。因此，高性能电磁屏蔽材料受到了广泛的研究和关注。目前，国内电磁屏蔽材料以导电金属为主，存在密度大、易腐蚀、柔性差、难以加工等问题。

气凝胶具有极低的密度、极大的比表面积和可调控的孔隙结构使得其成为理想的电磁屏蔽材料。具有高屏蔽性能、良好力学性能、低密度的气凝胶可以应用于电子器件及设备、电磁波防护器具、微波暗室、建筑屏蔽材料等产品的生产。

聚酰亚胺是指主链中含有五元酰亚胺环结构特征的高性能聚合物材料，具有高的力学性能和优异的耐高低温性。聚酰亚胺纳米纤维的制备通常采用两步法，即先用静电纺技术得到聚酰胺酸纳米纤维，再经过高温或化学处理发生环化反应得到聚酰亚胺纳米纤维。

MXene是一类新型二维纳米材料，MXene因其金属般的高电导率而对电磁波具有很高的反射率，而表面和氧化石墨烯一样有大量亲水基团，因此在电磁屏蔽/吸波领域受到广泛关注。

和氧化石墨烯相比，MXene的自组装能力弱，无法独立形成结构稳定的三维结构。将MXene作为分散相与聚合物复合是目前制备MXene气凝胶的有效方法，但聚合物分子链会在MXene片层之间形成阻隔，使得材料整体电导率随着聚合物含量提高大幅下降。将聚合物以纳米纤维的形式作为气凝胶的基础框架可以在负载MXene的同时实现MXene片层的有效搭接，从而提高材料电磁屏蔽性能。

公开号为CN 111636239 A的中国发明专利申请公开了一种聚酰亚胺沉析纤维电磁屏蔽纸的制备方法，包括：将聚酰亚胺溶液注入至含有MXene水溶液的凝固浴中，得到负载MXene的聚酰亚胺沉析纤维；将该沉析纤维与聚酰亚胺短切纤维混合抄造、热压成型即得。该方法得到的沉析纤维不仅具有良好的机械性能、热稳定性，而且进一步得到的电磁屏蔽纸具有良好的导电性和电磁屏蔽性。

公开号为CN 111155239 A的中国发明专利申请公开了一种静电纺聚酰亚胺/MXene电磁屏蔽膜的制备方法。该方法包括：将二元胺单体、二元酐单体和溶剂混合，搅拌反应，将得到的聚酰胺酸溶液与MXene溶液混合，超声，脱泡，静电纺丝，环化。该方法得到的聚酰亚胺/MXene电磁屏蔽膜具有优异的力学强度、耐腐蚀性、耐辐照性、耐热性、电导率和电磁屏蔽功能等特性。

但是，上述方法和制得的材料存在以下问题：

(1)MXene在基体材料中的分散性较差，无法形成有效导电网络，从而影响材料的屏蔽性能；

(2)上述工艺中MXene在材料中的含量会影响工艺条件，控制MXene比例有一定难度；

(3)薄膜或二维材料不能满足对材料立体形状或力学性能有一定要求的情况。

发明内容

本发明针对在现有聚酰亚胺/MXene电磁屏蔽膜及其制备方法存在的屏蔽性能差、工艺难度高、不能满足对材料立体形状或力学性能有一定要求的技术问题，提供一种MXene/聚酰亚胺纳米纤维气凝胶及其制备方法和应用。