ホロセルロースナノフィブリルによるインターカレーションと安定化を利用したTiCT MXeneインクの多機能センシングおよびEMIシールドへの応用

Holocellulose Nanofibril-Assisted Intercalation and Stabilization of TiCT MXene Inks for Multifunctional Sensing and EMI Shielding Applications.

抄録

2次元遷移金属カーバイド/ナイトライド（MXene）ベースの導電性インクは、その高い導電性やその他の魅力的な特性から非常に注目されている。しかし、MXeneベースのインクが不安定であること、MXeneフレークの製造収率が低いこと、印刷された製品の機械的特性が悪いことなどから、MXeneパターンを適切かつ大量に印刷することは困難であった。ここで、分散剤、インターカレーション剤、補強材として機能する硫酸化ホロセルロースナノフィブリル（HCNF）は、ユニークな「コア-シェル」構造を有しており、MXeneインクの製造、保存、およびその後の印刷に適している。高収率（97.2％）、良好な安定性、および良好な均質性を有するMXene/HCNF（MH）インクは、優れた印刷性能（高解像度、良好なカバレッジ）を発揮する。また、厚さや導電性を調整できる様々な製品を、様々な基板に印刷することができる。MHインクで印刷された製品は、応力・歪み、吹き付け、湿度、温度などの複数の外部刺激に反応する多機能なセンシング材料として応用できる。さらに、この製品は、100μmの浅い厚さで54.3dBという高い電磁波シールド効果（SE）と、7159dBcmgという優れた比EMI SE（SSE/）を示している。

2D transition-metal carbide/nitride (MXene)-based conductive inks have received tremendous attention due to their high electrical conductivity and other fascinating properties. However, the unstability of MXene-based inks, low fabrication yield of MXene flakes, and poor mechanical properties of printed products strongly limit the proper and large-scale printing of MXene patterns. Here, functioning as a dispersant, an intercalation agent, and reinforcement, sulfated holocellulose nanofibrils (HCNFs) with a unique "core-shell" structure are conducive to the fabrication, storage, and subsequent printing of MXene inks. The MXene/HCNF (MH) ink with high yield (97.2%), good stability, and good homogeneity exhibits excellent printing performance (high resolution and good coverage). It could print various products with adjustable thicknesses and electrical conductivity properties on different substrates. The products printed by the MH ink can be applied as multifunctional sensing materials responding to multiple external stimuli, such as stress/strain, blowing, humidity, and temperature. Furthermore, the resulting products also display a high electromagnetic interference (EMI) shielding effectiveness (SE) of 54.3 dB at a shallow thickness of 100 μm and an excellent specific EMI SE of SSE/ of 7159 dB cm g.