双功能聚二甲基硅氧烷/铜纳米线复合薄膜的制备与性能

doi:10.7503/cjcu20220359

高等学校化学学报 ›› 2022, Vol. 43 ›› Issue (11): 20220359.doi: 10.7503/cjcu20220359

双功能聚二甲基硅氧烷/铜纳米线复合薄膜的制备与性能

张涛¹, 邵亮¹(), 张梦辉¹, 马忠雷², 李晓强³, 马建中⁴

^1.陕西科技大学轻化工助剂化学与技术教育部重点实验室, 西安 710021
^2.西北工业大学化学与化工学院, 陕西省高分子科学与技术重点实验室, 西安 710072
^3.西北橡胶与塑料研究设计院有限公司, 咸阳 712023
^4.陕西科技大学轻工科学与工程学院, 西安市绿色化学品与功能材料重点实验室, 西安 710021

收稿日期:2022-05-19 出版日期:2022-11-10 发布日期:2022-08-01
通讯作者: 邵亮 E-mail:shaoliang@sust.edu.cn
基金资助:
陕西省重点研发计划项目(2021GY-238);陕西省创新能力支撑计划(2021TD-16);咸阳市科技重大专项基金(2018k01-46);轻化工助剂化学与技术教育部重点实验室开放课题(KFK72020-09)

Preparation and Properties of Bifunctional Polydimethysiloxane/Copper Nanowire Composite Films

ZHANG Tao¹, SHAO Liang¹(), ZHANG Menghui¹, MA Zhonglei², LI Xiaoqiang³, MA Jianzhong⁴

^1.Key Laboratory of Auxiliary Chemistry and Technology for Chemical Industry，Ministry of Education，Shaanxi University of Science and Technology，Xi’an 710021，China
^2.Shaanxi Key Laboratory of Macromolecular Science and Technology，School of Chemistry and Chemical Engineering，Northwestern Polytechnical University，Xi’an 710072，China
^3.Northwest Rubber ＆ Plastics Research ＆ Design Institute Co. ，Ltd. ，Xianyang 712023，China
^4.College of Bioresources Chemical and Materials Engineering，Xi’an Key Laboratory of Green Chemicals and Functional Materials，Shaanxi University of Science and Technology，Xi’an 710021，China

Received:2022-05-19 Online:2022-11-10 Published:2022-08-01
Contact: SHAO Liang E-mail:shaoliang@sust.edu.cn
Supported by:
the Key Research and Development Program of Shaanxi, China(2021GY-238);the Innovation Capability Support Program of Shaanxi, China(2021TD-16);the Special Foundation for Science and Technology Major Plan of Xianyang, China(2018k01-46);the Open Project of Key Laboratory of Auxiliary Chemistry and Technology of Light Chemical Industry, Ministry of Education Jointly Built by the Province and Ministry, China(KFKT2020-09)

摘要/Abstract

摘要：

通过环境友好的葡萄糖模板法和改进的湿化学还原法制备了聚二甲基硅氧烷/铜纳米线(PDMS/CuNWs)复合薄膜, 其采用的“类夹心结构”有效解决了铜在空气中易氧化进而导致电导率大幅度下降的问题, 同时获得了具有优异电磁屏蔽和光热转化性能的双功能轻质柔性复合薄膜. CuNWs面密度为1.6 g/cm²的复合薄膜在重复弯折1000次后性能保持率最高可达99.07％; CuNWs面密度为2.4 g/cm²的复合薄膜在X波段下总电磁屏蔽效能达到30.1 dB, 屏蔽效率达到99.9％; 同时, 在2 W/cm²的近红外光照射下, 复合薄膜在仅加热15 s后其表面温度高达211.2 ℃, 具有十分快速的光热响应和转化效率.

关键词: 聚二甲基硅氧烷, 铜纳米线, 电磁屏蔽, 光热转化

Abstract:

A polydimethylsiloxane/copper nanowires（PDMS/CuNWs） composite film was prepared by an environmental-friendly glucose templating method and an improved wet chemical reduction method. PDMS/CuNWs composite adopts a “sandwich-like structure” design. It effectively solves the problem that copper is easily oxidized in the air， which leads to a significant drop in electrical conductivity. At the same time， a bifunctional lightweight and flexible composite film with excellent electromagnetic shielding and photothermal conversion properties is obtained. The performance retention rate of the composite film with an CuNWs area density of 1.6 g/cm² can reach up to 99.07% after 1000 repeated bending times； the total electromagnetic shielding efficiency of the composite film with an area density of 2.4 g/cm² in the X-band reaches 30.1 dB， and the shielding efficiency reaches 99.9%； meanwhile， under the irradiation of near-infrared light of 2 W/cm²， the surface temperature of the composite film is as high as 211.2 ℃ after heating for only 15 s. PDMS/CuNWs composite has a very fast photothermal response and conversion efficiency.

Key words: Polydimethylsiloxane, Copper nanowire, Electromagnetic shielding, Photothermal conversion

中图分类号:

O631

TrendMD:

张涛, 邵亮, 张梦辉, 马忠雷, 李晓强, 马建中. 双功能聚二甲基硅氧烷/铜纳米线复合薄膜的制备与性能. 高等学校化学学报, 2022, 43(11): 20220359.

ZHANG Tao, SHAO Liang, ZHANG Menghui, MA Zhonglei, LI Xiaoqiang, MA Jianzhong. Preparation and Properties of Bifunctional Polydimethysiloxane/Copper Nanowire Composite Films. Chem. J. Chinese Universities, 2022, 43(11): 20220359.

图/表 10

Fig.1 Optical images of the bent porous PDMS film(A) and SEM images of the glucose(B) and the cell structure in cross section of the porous PDMS film(C)

Fig.2 Microscopic morphology of CuNWs before(A, B) and after(C, D) purification by N?hexane with different magnifications

Fig.3 Schematic diagram of the purification principle of CuNWs between water and n?hexane(A) and optical photographs of the purification process of CuNWs by vortexing to remove HDA(B—D)

Fig.4 XRD patterns(A), UV?Vis spectrum(B) and TEM(C), HRTEM(D) images of the CuNWs

Fig.5 SEM images(A, B), tensile stress?strain curves(C) and average tensile strength and fracture strain(D) of the PDMS/CuNWs composite films with different area densities of CuNWs

Fig.6 Sheet resistance(A), EMI SE in X?band(B), average SET, SEA and SER in X?band(C) of the PDMS/CuNWs composites with different area densities of CuNWs

Fig.7 SET(A) and retention rate(B) of EMI SE in X?band of the PDMS/CuNWs composite films with different area densities of CuNWs after repeated bending for 1000 times

Fig.8 Thermal images of PDMS/CuNWs composite films with different area densities of CuNWs at different times under near?infrared light irradiation

Fig.9 Time?temperature curves of PDMS/CuNWs composite films with different area densities of CuNWs under different near?infrared light intensitiesArea density of CuNWs/（mg·cm?2）：（A） 0；（B） 0.8；（C） 1.2；（D） 1.6；（E） 2.0；（F） 2.4.

Fig.10 Time?temperature curves and thermal images(insets) of the PDMS/CuNWs composite films for heating water

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双功能聚二甲基硅氧烷/铜纳米线复合薄膜的制备与性能

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