《COMPOSITES SCIENCE AND TECHNOLOGY》：Cold atmospheric plasma modified multifunctional hydrogels with high electromagnetic interference shielding performance and good mechanical properties
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基于冷大气等离子体（CAP）处理的MXene/聚电解质-壳聚糖复合水凝胶（CAP@MPC）在机械性能和电磁屏蔽效能方面均显著提升，拉伸强度提高50%至0.51 MPa，电磁屏蔽效能达57.9 dB，同时保持优异的柔韧性和环境友好性。
林梅|王成明|白宇|胡伟东|黄涛|徐立民|欧阳文忠|吴正伟
中国科学技术大学核科学技术学院，合肥230026，中国
摘要
由于水凝胶对太赫兹波具有很强的吸收和衰减能力，因此成为高性能柔性电磁干扰（EMI）屏蔽材料的理想候选者。引入导电填料（如MXene）已被证明可以显著提高水凝胶的电磁屏蔽效果（SE）。然而，这种改进通常会以牺牲机械强度为代价，这可能会影响其在复杂条件下的性能。尽管化学表面改性可以改善MXene与水凝胶基体之间的界面相容性，但这些方法通常涉及复杂的程序和有害环境的试剂。因此，开发一种简单直接的方法来改性基于MXene的水凝胶，以实现平衡且性能提升的目标仍然是一个挑战。最近，冷大气等离子体（CAP）改性技术因其快速、直接且环保的材料性能调控方法而受到广泛关注。在这项工作中，对水凝胶前驱体进行了CAP处理，制备出了CAP改性的MXene/聚电解质-壳聚糖水凝胶（CAP@MPC）。CAP改性显著增强了MXene与聚合物基体之间的相互作用，从而同时提高了水凝胶的机械强度和电磁干扰屏蔽能力。结果，该凝胶的拉伸强度达到了0.51 MPa（提高了约50%），电磁干扰屏蔽效果提高了57.9 dB（增加了约12%），同时保持了优异的稳定性。这些优异的性能使得CAP@MPC凝胶成为先进柔性电子系统中电磁屏蔽的理想候选材料。此外，这项工作还证实了CAP技术在聚合物基屏蔽材料应用中的潜力。
部分内容摘录
引言
近年来，太赫兹（THz）频段因其相对于传统千兆赫（GHz）频段的独特优势而受到广泛关注，例如更宽的带宽、更强的穿透能力、更低的光子能量、更出色的分辨率以及独特的光谱响应特性[1]。这些特性推动了6G通信、生物传感和医学成像等领域的快速发展[2]、[3]、[4]。然而，这些技术的快速发展也带来了一些挑战...
CAP改性MXene水凝胶的制备与表征
等离子体改性MXene水凝胶的制备过程如下（图1a）：将丙烯酸（AA）、壳聚糖（CS）、MXene分散液和2-(二甲氨基)乙基甲基丙烯酸酯（DMAEMA）与交联剂和引发剂混合在去离子水中。然后对前驱体溶液进行超声处理，以确保MXene纳米片的均匀分散。随后，利用同轴介质产生冷大气等离子体（CAP）...
结论
在本研究中，通过将水凝胶前驱体暴露于同轴DBD系统产生的CAP中，制备出了CAP@MPC水凝胶。CAP处理显著增强了MXene纳米片与聚合物网络之间的相互作用，从而提高了水凝胶的机械强度和电磁干扰（EMI）屏蔽效果。与未经处理的样品相比，CAP@MPC水凝胶的拉伸强度提高了50%以上，达到0.51 MPa。
作者贡献声明
徐立民：撰写、审稿与编辑、监督、项目管理。黄涛：数据整理。吴正伟：撰写、审稿与编辑、验证、监督、项目管理、数据整理。欧阳文忠：撰写初稿、数据可视化、验证、方法论研究、数据整理。王成明：方法论研究、数据整理。林梅：撰写初稿、数据可视化、验证、方法论研究、实验设计、数据整理。胡伟东：数据整理。白宇：利益冲突声明
作者声明没有已知的可能影响本文研究的财务利益冲突或个人关系。
致谢
本研究部分得到了国家自然科学基金（项目编号：62401534）、安徽省科学技术协会青年科技人才支持计划（项目编号：RCTJ202401）、等离子体应用技术联合实验室（项目编号：JL06120001H）以及江西省自然科学基金（项目编号：20224BAB212027）的支持。我们感谢徐松林教授和袁教授提供的技术支持。
