一种具有电磁屏蔽和压敏特性的柔性MXene蛋白质复合膜、制备方法及其应用，属于多功能材料制备技术领域。本发明专利技术首先是将蚕茧壳脱胶，向脱胶后得到的蚕丝纳米纤维中加入六氟异丙醇溶液使其在水相中分散良好，得到蚕丝纳米纤维水溶液；再将MXene纳米片胶体溶液与蚕丝纳米纤维分散液混合，对其进行真空辅助抽滤，自然干燥，即得到柔性MXene蛋白质复合膜。本发明专利技术通过改变MXene与蚕丝纳米纤维的质量比，可以得到不同电磁屏蔽效能与力学性能的柔性MXene蛋白质复合膜。由于MXene本身优异的导电性和纳米纤维的结构特性，形成导电网络，可用于军事领域、人工智能及日常防护，是一种具有良好应用前景的新型纳米复合材料。良好应用前景的新型纳米复合材料。良好应用前景的新型纳米复合材料。
A flexible mxene protein composite film with electromagnetic shielding and pressure-sensitive characteristics, its preparation method and Application
【技术实现步骤摘要】
一种具有电磁屏蔽和压敏特性的柔性MXene蛋白质复合膜、制备方法及其应用
[0001]本专利技术属于多功能材料制备
，具体涉及一种具有电磁屏蔽和压敏特性的柔性MXene蛋白质复合膜、制备方法及其应用。本专利技术所得复合膜具有良好的电磁干扰(EMI)屏蔽性能，且机械性能良好，对于开发柔性可穿戴电子设备具有良好的潜力和应用可行性。
技术介绍
[0002]随着5G及6G通讯技术的迅猛发展，电磁波作为信息传输的载体已经渗透到生活的方方面面。然而，伴随新一代通信技术的发展和智能集成化移动电子设备数量的不断增加，产生了较为严重的电磁干扰(EMI)问题，例如：数据丢失甚至是信息泄露，近距离强电磁感应效应导致的系统故障，同时对人类健康也有不良影响。因此，电磁屏蔽复合材料的研究至关重要，不仅有利于信息的保护，同时可以帮助核心敏感电子设备和特殊人员避免电磁信号的干扰。
[0003]电磁屏蔽是利用导体或磁性材料来减弱或抑制磁场和电场，一般来说，高效的 EMI屏蔽材料具有良好导电性。随着社会的不断发展，传统金属基屏蔽材料因其密度大、柔性差、易腐蚀、难加工等缺点，限制其使用范围；而碳基材料(如石墨烯、碳纳米管等)由于其惰性表面导致加工设计困难，且使用氧化还原法制备的石墨烯薄膜表面缺陷较多，电导率降低，亦难满足实际电磁性能需求。易于加工、重量轻、轻薄化以及具有高效的屏蔽效能(SE)的电磁屏蔽材料的研发成为当下的迫切需求。
[0004]与此同时，随着物联网技术的发展，压力/应变传感器、温湿度传感器等多种类型的柔性可穿戴传感电子器件因其优越的实时监测能力和与人体的灵活交互而引起研究者们的广泛关注。特别是可穿戴的压力传感器，能够实时监测人体的生理信号和检测生物体运动，对于维护个人的安全和健康状况至关重要。用具有传感功能的电磁屏蔽皮肤来代替传统器件中的典型传感材料，这种多功能电磁屏蔽皮肤可以在提供传感能力的同时，保护设备和人体或机器人系统免受有害的电磁波的侵害。尽管先前关于可穿戴电子器件的报道已经证明了这一点，但由于传感材料和制造策略的选择受限，同时实现EMI屏蔽特性及自身的高灵敏度的电子皮肤，其制备仍然是一个巨大的挑战。
[0005]MXene是一种二维纳米材料，可对电磁波有更强的吸收，是一种极具发展前途的电磁屏蔽材料。MXene具有良好的导电性、较低的密度以及大的比表面积，还易于与聚合物复合，是制备多功能电磁屏蔽材料的不错选择。至2016年首次发表了关于二维Ti3C2T
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电磁屏蔽性能的研究报告以来，各种关于MXene电磁屏蔽性能的研究论文已达数百篇。通过与聚合物的复合，可使MXene材料获得更好的柔韧性、更强的拉伸性能等优秀的力学性能，从而满足实际应用的需求。丝素蛋白是一种富含氨基酸的疏水蛋白质，它能自我组装，形成坚韧而有弹性的材料，所以可以表现出优异的机械性能。运用增感策略，将丝素蛋白作为插层剂，调节MXene纳米片的层间距，增强其力学强度、对压力传感的灵敏度。丝素蛋白为复合的有
机组分，具有良好的柔韧性、生物相容性、无毒等性质，并且易于加工及降解，是与MXene复合制备柔性电磁屏蔽材料的不错选择。
[0006]MXene电磁屏蔽材料属于金属碳化物或氮化物，高导电性使其具有良好的电磁屏蔽性能。目前研究发现Ti3C2T
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材料的电导率可达4665.1S/cm，45μm厚的Ti3C2T
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薄膜的电磁屏蔽效率可以达到92dB以上。加上MXene的分层结构及可与聚合物良好复合的能力，MXene材料已成为当今电磁屏蔽材料的研究热点。与此同时，将无机组分MXene与丝纤维复合成多孔膜，可以提供更加丰富的结构空间，丝素蛋白的加入，可以使丝素蛋白以氢键的方式连接到MXene上，增强机械强度和生物兼容性，对于压力的响应也会更加明显，因而扬长避短。将无机组分与有机成分结合在一起形成此柔性MXene蛋白质复合膜是一种获得高性能屏蔽皮肤的有效方式。
技术实现思路
[0007]本专利技术的目的是提供一种具有电磁屏蔽和压敏特性的柔性MXene蛋白质复合膜、制备方法及其应用，以解决传统金属或半导体电磁屏蔽材料机械性能差、应变范围小、生产过程污染严重和不可降解、生物相容性差等缺点，最大限度地提升复合材料的使用寿命及其实用性。
[0008]本专利技术所述的一种具有电磁屏蔽和压敏特性的柔性MXene蛋白质复合膜的制备方法，首先采用文献(DOI:10.1021/acs.chemmater.7b02847)中的方法，将MAX 相刻蚀得到少层MXene纳米片分散液；同时将蚕茧壳脱胶，向脱胶后得到的蚕丝纳米纤维中加入六氟异丙醇(HFIP)溶液使其在水相中分散良好，得到蚕丝纳米纤维分散液；将MXene纳米片分散液离心、取上清液，得到MXene纳米片胶体溶液，然后与蚕丝纳米纤维分散液混合，对其进行真空辅助抽滤，自然干燥，即得到柔性 MXene蛋白质复合膜。本专利技术通过改变MXene与蚕丝纳米纤维的质量比，可以得到不同电磁屏蔽效能与力学性能的柔性MXene蛋白质复合膜。由于MXene本身优异的导电性和纳米纤维的结构特性，形成导电网络。所得复合膜不仅电磁屏蔽性能与柔性兼具，还具有良好的压敏特性、可降解性。由于其超薄、轻便的可穿戴性质，可用于军事领域、人工智能及日常防护，是一种具有良好应用前景的新型纳米复合材料。
[0009]本专利技术所述的一种具有电磁屏蔽和压敏特性的柔性MXene蛋白质复合膜的制备方法，其步骤如下：
[0010](1)碳酸钠脱胶法制备脱胶蚕丝纤维：将干燥的桑蚕茧壳裁剪成8～12mm2的小块(以增大蚕茧壳与脱胶液的接触面积)，将得到的桑蚕茧壳碎片缓慢加入到 Na2CO3水溶液中，90～110℃下磁力搅拌1.0～2.0h进行脱胶处理；取出脱胶后得到的蚕丝，用蒸馏水浸泡并充分洗涤，去除残留的Na2CO3和表面的丝胶蛋白；最后将蚕丝撕扯成4～6mm2左右小块，在室温下自然干燥，即可得到脱胶蚕丝纤维；
[0011](2)脱胶蚕丝纤维的液体剥脱：使用自顶向下法，向步骤(1)得到的脱胶蚕丝纤维中滴加六氟异丙醇(HFIP)溶液，充分混合并使脱胶蚕丝纤维完全浸没，然后将装有脱胶蚕丝纤维/HFIP混合物的容器密闭后于50～70℃下水浴加热孵育 20～30h，得到蚕丝纤维纸浆；
[0012](3)将步骤(2)溶剂挥发完全的蚕丝纤维纸浆滴入蒸馏水中，不断搅拌或振荡至混合均匀，然后滤去不溶丝沉淀；利用超声剥离法，对所得混合物进行超声处理、离心，去除脱
胶不完全或团聚在一起的蚕丝纤维沉淀，得到蚕丝纳米纤维分散液；
[0013](4)利用LiF和HCl刻蚀法制备MXene纳米片分散液，将MXene纳米片分散液离心、取上清液，得到MXene纳米片胶体溶液；并将10～20mg/mL的MXene 纳米片胶体溶液与10～20mg/mL的蚕丝纳米纤维分散液按分散体的质量比1：1～3 混合，搅拌均匀；最后真空辅助抽滤获得滤饼，自然干燥后得到柔性MXene蛋白质复合膜。
[0014]步骤(1)Na本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种具有电磁屏蔽和压敏特性的柔性MXene蛋白质复合膜的制备方法，其步骤如下：(1)碳酸钠脱胶法制备脱胶蚕丝纤维：将干燥的桑蚕茧壳裁剪成8～12mm2的小块，将得到的桑蚕茧壳碎片缓慢加入到Na2CO3水溶液中，90～110℃下磁力搅拌1.0～2.0h进行脱胶处理；取出脱胶后得到的蚕丝，用蒸馏水浸泡并充分洗涤，去除残留的Na2CO3和表面的丝胶蛋白；最后将蚕丝撕扯成4～6mm2小块，在室温下自然干燥，即可得到脱胶蚕丝纤维；(2)脱胶蚕丝纤维的液体剥脱：使用自顶向下法，向步骤(1)得到的脱胶蚕丝纤维中滴加六氟异丙醇溶液，充分混合并使脱胶蚕丝纤维完全浸没，然后将装有脱胶蚕丝纤维/六氟异丙醇混合物的容器密闭后于50～70℃下水浴加热孵育20～30h，得到蚕丝纤维纸浆；(3)将步骤(2)溶剂挥发完全的蚕丝纤维纸浆滴入蒸馏水中，不断搅拌或振荡至混合均匀，然后滤去不溶丝沉淀；利用超声剥离法，对所得混合物进行超声处理、离心，去除脱胶不完全或团聚在一起的蚕丝纤维沉淀，得到蚕丝纳米纤维分散液；(4)利用LiF和HCl刻蚀法制备MXene纳米片分散液，将MXene纳米片分散液离心、取上清液，得到MXene纳米片胶体溶液；并将10～20mg/mL的MXene纳米片胶体溶液与10～20mg/...
【专利技术属性】
技术研发人员：卢革宇，彭润昌，贾晓腾，杨梅，马雪南，赵力，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：
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