基于低共熔溶剂-羧甲基化桉木纤维的高强度Janus纤维素/MXene复合纸及其电磁屏蔽性能研究

本研究创新性地采用低共熔溶剂（DES）预处理结合羧甲基化技术，将常规桉木浆纤维（非纳米级）与MXene复合，构建了兼具高强度（127.96 MPa）和高导电性（245.04 S/m）的Janus结构电磁屏蔽（EMI）材料（屏蔽效能>45 dB）。该工作为开发可持续、多功能纸基电子器件提供了新策略，突破了纳米纤维素依赖性的技术瓶颈。

　　

Highlight

高强度Janus纤维素/MXene复合纸：从低共熔溶剂-羧甲基化桉木纤维到电磁屏蔽应用

材料与方法

桉木片（20-30 mm×10-20 mm×5 mm）由山东太阳纸业提供，MXene为实验室自制。采用苯基三乙基氯化铵（BTEAC）/甲酸（FA）组成的酸性低共熔溶剂（DES）预处理纤维，通过羧甲基化增强纤维间氢键网络，最终通过真空抽滤沉积MXene构建Janus结构。

结果与讨论

DES预处理显著提升纤维化学可及性，羧甲基化后纤维溶胀度提高，形成致密氢键网络。与纯FA处理相比，DES-羧甲基化纤维结晶度更低（图S3），抗张强度达225.9 MPa（韧性13.2 MJ/m³）。Janus复合材料在40 wt% MXene负载下实现127.96 MPa抗张强度、245.04 S/m电导率，EMI屏蔽效能>45 dB，并展现快速焦耳加热和光热转换性能。

结论

本研究证实DES预处理可优化常规浆纤维性能，使其在电磁屏蔽应用中媲美纳米纤维素。Janus结构设计成功整合纤维素力学优势与MXene导电特性，为绿色电子器件开发提供新思路。

作者贡献声明

张兆辉：实验设计/论文撰写；徐峻：基金支持/论文修订；李傲等：数据补充/技术指导。

利益声明

无冲突声明。

致谢

感谢广东省重点研发计划（2022B111108004）、山东济宁重点研发计划（2022JBZP003）及制浆造纸国家重点实验室（2024ZD07）资助。