Flexible Conductive Polyimide Fiber/MXene Composite Film for Electromagnetic Interference Shielding and Joule Heating with Excellent Harsh Environment Tolerance

材料科学 复合材料 电磁屏蔽 聚酰亚胺 导电体 反射损耗 复合数 纳米复合材料 热稳定性 焦耳加热 图层(电子) 化学工程 工程类
作者
Kang Sun,Fan Wang,Wenke Yang,Hu Liu,Caofeng Pan,Zhanhu Guo,Chuntai Liu,Changyu Shen
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:13 (42): 50368-50380 被引量:130
标识
DOI:10.1021/acsami.1c15467
摘要

The development of flexible MXene-based multifunctional composites is becoming a hot research area to achieve the application of conductive MXene in wearable electric instruments. Herein, a flexible conductive polyimide fiber (PIF)/MXene composite film with densely stacked "rebar-brick-cement" lamellar structure is fabricated using the simple vacuum filtration plus thermal imidization technique. A water-soluble polyimide precursor, poly(amic acid), is applied to act as a binder and dispersant to ensure the homogeneous dispersion of MXene and its good interfacial adhesion with PIF after thermal imidization, resulting in excellent mechanical robustness and high conductivity (3787.9 S/m). Owing to the reflection on the surface, absorption through conduction loss and interfacial/dipolar polarization loss inside the material, and the lamellar structure that is beneficial for multiple reflection and scattering between adjacent layers, the resultant PIF/MXene composite film exhibits a high electromagnetic interference (EMI) shielding effectiveness of 49.9 dB in the frequency range of 8.2-12.4 GHz. More importantly, its EMI shielding capacity can be well maintained in various harsh environments (e.g., extreme high/low temperature, acid/salt solution, and long-term cyclic bending), showing excellent stability and durability. Furthermore, it also presents fast, stable, and long-term durable Joule heating performances based on its stable and excellent conductivity, demonstrating good thermal deicing effects under actual conditions. Therefore, we believe that the flexible conductive PIF/MXene composite film with excellent conductivity and harsh environment tolerance possesses promising potential for electromagnetic wave protection and personal thermal management.
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