一、文章概述
具有抗电磁干扰(EMI)和有效热管理的新型多功能材料是现代电子工业的理想选择。一般来说，配合高导电、导热填料可以有效提高材料的电磁屏蔽效果(SE)和导热性(TC)。然而，似乎不能在不牺牲高填料负荷的情况下来补偿高性能。文章中从一维银纳米线(AgNWs)和二维MXene出发，通过定向冷冻和冷冻干燥的方法设计了三维MXene/AgNWs气凝胶作为环氧纳米复合材料的电和传热骨架。合成的低MXene/AgNWs含量为8.2wt%的MXene/AgNWs/环氧纳米复合材料结合了的高导电率S/m，EMISE值为94.1dB，厚度为3mm，改进的TC为2.34W/mK。所制备的MXene/AgNWs/环氧纳米复合材料具有优异的综合性能，在电磁屏蔽等电子器件中具有巨大的应用前景。
二、图文导读
图1.(a)MXene/AgNWs/环氧复合材料的制造工艺示意图；(b)Ti3C2TxMXene的TEM图像；(c)AgNWs的SEM图像；(d)MXenE、AgNWs和MXeNE/AgNWs气凝胶的XRD图案；(e)SA、MXene和MXene/AgNWs气凝胶的FTIR谱；(f)轻量级MXene/AgNWs气凝胶的数字图像。
图1.bTEM图像显示了Ti3C2Tx纳米片横向尺寸约为2–3μm。如图1c所示为高长径比的AgNWs。图1d显示了Ti3C2TxMXene、AgNWs和MXene/AgNWs气凝胶的XRD图谱。可以看出，mxen在2θ=7.08处呈现一个显著的峰值它可以被索引到（）平面，并且在2θ=38.32处观察到AgNWs的特征峰。
图2.MXene/AgNWs/环氧复合材料的导电性和EMI屏蔽性能。
如图2a所示,MXene和AgNWs之间形成了许多连接点，从而形成了更有效的导电网络，因此导电性随着AgNWs含量的增加而增加。MXene/AgNWs/环氧纳米复合材料的EMI-SE随着AgNWs含量的增加而增加，与电导率的变化相对应。厚度为2mm时具有优异导电性的MXAg-3/环氧树脂可获得79.3dB的改善EMISE。厚度是影响EMISE值的一个重要因素，除了导电性外，只需增加厚度即可获得更高的EMISE。如图3e所示。可以看出，增加厚度可以显著改善EMISE，厚度为3mm的MXAg-3/环氧树脂显示出94.1dB的优越SE，足以阻挡超过99.%的入射电磁辐射，显示出优异的EMI屏蔽性能。
图3.(a)环氧树脂、MXene/环氧基和MXene/AgNWs/环氧基复合材料的TC；(b)样品表面温度随时间的变化；(c)与环氧树脂和MXAg-3/环氧树脂集成的工作CPU单元的光学和加热红外热图像。
图3a显示了与纯环氧树脂相比，具有三维互连取向的气凝胶可以显著提高纳米复合材料的TC。随着MXene/AgNWs气凝胶中AgNWs含量的增加，对环氧树脂TC的增强作用更大。热导率和电导率几乎与AgNWs的增加呈正相关，这验证了MXene和AgNWs在构建电网络和热网络中的协同作用。图3b中的红外摄像机记录了CPU在20分钟内%使用时的样品表面温度，并拍摄了整个过程的红外热图像，如图4c所示。可以看出，与环氧树脂相比，TC较高的MXAg-3/环氧树脂对温度的响应更快，这可以使CPU的散热及时。
图4.MXene/AgNWs/环氧基纳米复合材料中EMI屏蔽和热传导的可能机理示意图。
图4.显示了MXene/AgNWs/环氧树脂复合材料以及气凝胶骨架的热传导示意图。一维AgNWs和二维MXene填料的组合，再加上定向冷冻以控制填料的分布，有助于形成完整的三维导热网络，降低导热填料之间的接触热阻，从而大大提高环氧树脂的TC。
三、全文总结
作者通过直接冷冻和冷冻干燥技术获得了3DMXene/AgNWs气凝胶，并通过向气凝胶中渗透环氧树脂成功制备了具有优异电磁屏蔽性能和TC的环氧纳米复合材料。与纯环氧树脂相比，MXene/环氧树脂纳米复合材料表现出增强的EMISE和TC，并且随着AgNWs的引入，MXene/AgNWs/环氧树脂纳米复合材料的EMI屏蔽和散热性能得到进一步改善。这可以归因于MXene和AgNWs构建的三维互连层次结构为电子和声子传输提供了更有效的通道。纳米复合材料的EMI屏蔽性能与厚度呈正相关，对于厚度为3mm、MXene/AgNWs/环氧树脂、MXene/AgNWs比为1:1（填料负载量约为8.2wt%）的纳米复合材料，其优越的EMISE值为94.1dB，远高于EMI屏蔽材料的商业标准20dB。MXene/AgNWs/环氧纳米复合材料的导热系数也显著提高，达到2.34w/mK、比纯环氧树脂高%。这些纳米复合材料以较低的填料含量制备，具有较高的电磁屏蔽和散热效率，在微电子领域具有重要的应用前景。
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