一种水系MXene纳米纤维素基功能墨水及其制备方法与应用方法技术

本发明专利技术涉及一种水系MXene纳米纤维素基功能墨水及其制备方法与应用方法，属于复合功能材料技术领域，一种水系MXene纳米纤维素基功能墨水包括MXene纳米片、纳米纤维素和助剂，MXene纳米片、纳米纤维素、助剂的质量比为10～90：10～90：0～10；水系MXene纳米纤维素基功能墨水应用方法为将功能墨水制备为复合薄膜。本申请具有较佳的机械强度、电导性和电磁屏蔽性能。能。

【技术实现步骤摘要】
一种水系MXene纳米纤维素基功能墨水及其制备方法与应用方法


[0001]本专利技术涉及一种水系MXene纳米纤维素基功能墨水及其制备方法与应用方法，属于复合功能材料


技术介绍

[0002]随着当今电子技术的快速发展，对于柔性可穿戴电子器件的要求也越来越高。柔性功能薄膜材料是可穿戴电子器件的发展重点，目前，基于功能墨水通过溶液加工工艺制备复合功能薄膜受到了学术界与工业界的广泛关注。金属、金属氧化物以及石墨烯等碳基纳米材料是目前常用的功能墨水材料，然而这些功能墨水主要基于丙酮、异丙醇、二甲基亚砜等有机溶剂，存在成本高、环境危害大等问题，亟待开发高性能水系功能墨水。
[0003]过渡金属碳氮化合物(MXene)是一类新型二维功能材料，由于其超高的电导率(＞10000S cm
‑1)和优异的电化学活性，被广泛应用于电化学储能、电磁屏蔽、热处理等领域。同时，MXene材料具有良好的亲水性和溶剂分散性，适于水溶液加工，是一种良好的功能墨水材料。但是纯水系MXene墨水存在粘度较低、难以调控流变性、溶液加工窗口小、与基体材料附着力差等问题，同时MXene膜较差的力学强度和柔韧性严重限制了其在可穿戴器件领域的应用。

技术实现思路

[0004]本专利技术所要解决的技术问题在于克服现有MXene基水系功能墨水溶液加工性差、与基体材料附着力不足、成膜力学性能差等问题，提供一种水系MXene纳米纤维素基功能墨水及其制备方法与应用方法。
[0005]第一方面，本专利技术解决上述技术问题的技术方案如下：一种水系MXene纳米纤维素基功能墨水，包括质量比为10～90：10～90的MXene纳米片、纳米纤维素，还包括水，功能墨水的固含量为1
‑
50mg/mL。
[0006]本专利技术的有益效果是：通过将纳米纤维素作为粘度调节剂和增强剂添加到MXene水分散液中，有效地调控了复合功能墨水的加工流变性，通过对功能墨水的固含量进行调控，可使功能墨水满足不同的加工需要。
[0007]在上述技术方案的基础上，本专利技术还可以做如下改进：
[0008]进一步的：所述功能墨水中还包括助剂，所述MXene纳米片、纳米纤维素、助剂的质量比为10～90：10～90：0～10。
[0009]进一步的，所述MXene纳米片为单/少层MXene纳米片，其种类为Ti3C2、Ti3C2、Ti4C3、Ti2C、Nb4C3、Nb2C、V2C、Cr2C和Mo2TiC2中的至少一种；优选所述MXene纳米片为Ti3C2、Ti2C和Nb4C3中的至少一种。
[0010]进一步的，所述纳米纤维素为细菌纤维素、纤维素纳米晶须、纤维素纳米纤维中的至少一种。
[0011]进一步的，所述助剂为羧甲基纤维素钠、海藻酸钠、壳聚糖、淀粉中的至少一种。
[0012]第二方面，本专利技术解决上述技术问题的技术方案如下：水系MXene纳米纤维素基功能墨水的制备方法，所述功能墨水由MXene纳米片、纳米纤维素、助剂与水混合，通过搅拌或超声处理形成稳定的分散液，分散液即为功能墨水。
[0013]采用上述方案的有益效果是：采用上述方法制备的功能墨水物理性质稳定，长时间放置不易出现分层的问题。
[0014]第三方面，本专利技术解决上述技术问题的技术方案如下：水系MXene纳米纤维素基功能墨水的应用方法，由功能墨水用于制备功能复合薄膜，制备步骤包括：
[0015]S1：将功能墨水涂布到基体材料表面；
[0016]S2：对涂有功能墨水的基体材料进行烘干，将干燥后的功能性墨水层从基体材料上剥离，即可得到功能复合薄膜。
[0017]采用上述方案的有益效果是：通过涂布的方式将功能墨水分布在基体材料表面，适用于大规模的制备过程且过程耗时较短，便于满足多样技术的加工要求。
[0018]进一步的，所述S1中的涂布方法为喷涂、喷墨打印、丝网印刷、刮刀涂布和辊式涂布法中的一种。
[0019]采用上述方案的有益效果是：采用上述方式制备复合薄膜规模较大且制备过程节省时间。
[0020]进一步的，所述S1中的基体材料为木材、玻璃、聚酯薄膜、聚酰亚胺薄膜、聚四氟乙烯中的一种，所述S2中烘干温度是10
‑
120℃，烘干时间为1
‑
2h。。
[0021]第四方面，本专利技术解决上述技术问题的技术方案如下：水系MXene纳米纤维素基功能墨水的应用方法，由功能墨水用于涂布织物制备功能织物，制备步骤包括：
[0022]步骤1：将功能墨水涂布在织物表面；
[0023]步骤2：对涂有功能墨水的织物进行烘干，烘干后即可得到功能织物。
[0024]采用上述进一步方案的有益效果是：采用上述步骤制备的功能织物，MXene膜可牢固的附着在织物上，同时可具备较好的力学强度和柔韧性，便于实现在可穿戴器件领域的应用。
[0025]进一步的，所述步骤1的涂布方法优选浸渍涂布、喷涂、丝网印刷和凹版印刷。
[0026]进一步的，所述步骤1的织物优选为纸张、棉布、丝绸、麻布、聚酯布和混纺织物中的一种，所述步骤2中的烘干温度是20
‑
80℃，烘干时间是10
‑
60min。
[0027]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0028]1、本专利技术将纳米纤维素作为粘度调节剂和增强剂添加到MXene水分散液中，有效地调控了复合功能墨水的加工流变性，使其适于多种涂布方法。通过构建界面相互作用提高了与基底材料的结合力，并有效提高了复合功能薄膜的力学性能；本专利技术制备功能复合薄膜和功能织物方法简单易行，条件温和、环境友好，适于大规模生产，就有良好的商业化潜力；
[0029]2、本专利技术通过在MXene纳米片、纳米纤维素中加入助剂，助剂可在功能墨水中与MXene纳米片、纳米纤维素产生协同作用，当二维MXene纳米片和一维纳米纤维素结合后，一维的纳米纤维素可以起到桥接MXene纳米片的作用，将相邻的纳米片通过高长径比的纳米纤维素桥接成为一个整体。但由于维度上的差异，很难避免在部分结构中仍然存在一定的
细微间隙，而这些细微间隙可能会在外界应力的作用下成为应力集中点，导致整体结构的崩坏与破裂。在功能墨水中加入助剂后，助剂能够填充到二维MXene纳米片和一维纳米纤维素的结构间隙中，起到胶黏剂的作用，在不影响性能的前提下为二者提供更为坚实的结构黏附力，可克服纯水系MXene墨水存在粘度较低、难以调控流变性、溶液加工窗口小、与基体材料附着力差等问题，且可一定程度上提高复合薄膜的性能，例如提高复合薄膜的导电性。
[0030]3、本专利技术提供的复合功能薄膜和复合功能织物具有良好的柔韧性、结构稳定性、电导率和丰富的功能性，可用于导电薄膜、电化学储能、电磁屏蔽、热管理等领域。
附图说明
[0031]图1为本申请实施1中得到的MXene/纤维素纳米纤维墨水的数码照片；
[0032]图2为本申请实施例1中得到的MXene/本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种水系MXene纳米纤维素基功能墨水，其特征在于：包括质量比为10～90：10～90的MXene纳米片、纳米纤维素，还包括水，功能墨水的固含量为1
‑
50mg/mL。2.根据权利要求1所述的一种水系MXene纳米纤维素基功能墨水，其特征在于：所述功能墨水中还包括助剂，所述MXene纳米片、纳米纤维素、助剂的质量比为10～90：10～90：0～10。3.根据权利要求1所述的一种水系MXene纳米纤维素基功能墨水，其特征在于：所述MXene纳米片为单/少层MXene纳米片，其种类为Ti3C2、Ti3C2、Ti4C3、Ti2C、Nb4C3、Nb2C、V2C、Cr2C和Mo2TiC2中的至少一种；优选所述MXene纳米片为Ti3C2、Ti2C和Nb4C3中的至少一种。4.根据权利要求1所述的一种水系MXene纳米纤维素基功能墨水，其特征在于：所述纳米纤维素为细菌纤维素、纤维素纳米晶须、纤维素纳米纤维中的至少一种。5.根据权利要求2所述的一种水系MXene纳米纤维素基功能墨水，其特征在于：所述助剂为羧甲基纤维素钠、海藻酸钠、壳聚糖、淀粉中的至少一种。6.根据权利要求1
‑
5任一项所述的水系MXene纳米纤维素基功能墨水的制备方法，其特征在于：所述功能墨水由MXene纳米片、纳米纤维素、助剂与水混合，通过搅拌或超声处理形成稳定的分散液，分散液即为功能墨水。7.根据权利要求1
‑
6任一项所述的水系MXene纳米纤维素基功能墨水的应用方法，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：周泽航，冯诗艺，卢灿辉，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：