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树脂是天然或合成的粘性单体或预聚物，具有固态形式的非结晶和脆性结构。环氧树脂（epoxy resin, ER）是一种具有环氧官能团的树脂。它们可以通过催化均聚作用与自身交联，也可与多种共反应物或所谓的固化剂交联，形成热固性聚合物。 这种交联或固化通过环氧或羟基官能团发生。一些常见的固化剂包括胺、酸、醇、酚和硫醇。环氧化物环可以通过多种途径与多种反应物反应，形成用途广泛的环氧树脂。
ERs具有优异的机械性能、固化后的低收缩率、低残余应力以及高耐热性和耐化学性。因此，它们被广泛用于许多增强聚合物复合材料的基体中。然而，纯ER很脆，较低的断裂韧性、导电性和较差的导热性限制了其在现代电子设备中的应用。 但上述问题可以通过添加弹性体、二氧化硅、粘土和各种纳米材料来改善。如2D纳米材料被广泛用作填料或增强材料，来改善电子设备中ER所需的电气和热性能。使用2D纳米填料的优点是其高深宽比和比表面积，以及由其量子尺寸驱动的附加功能。 石墨烯是目前大多数电子设备中最著名、测试最多的填充材料，因为它具有高导电性、高模量和低电阻，但其应用仅限于导电复合材料。而六角氮化硼（hBN）是一种具有良好导热性的电绝缘体。 除了导体和绝缘体之外，电介质材料在电子设备中起着重要作用。硫化钼（MoS₂）等二硫化物是优良的介电材料。一种称为MXenes的新型2D过渡金属碳化物、氮化物和碳氮化物在许多电子设备中作为介电纳米填料引起了广泛关注。 这些是由过渡金属和碳化物、氮化物或碳氮化物交替形成的层状纳米材料。它们的通式为M₂X、M₃X₂和M₄X₃，其中M代表过渡金属，X代表碳化物、氮化物或碳氮化物。 MXenes的特性 根据合成过程，MXenes的表面可能有一个或多个端基（Tx），例如氧（-O）、羟基（-OH）或氟（-F）。-O和-OH基团赋予MXene纳米片亲水性，这些官能团还促进导电性和电化学活性。
此外，它们中一些具有生物相容性和抗菌性能。因此，在储能、净化、电磁干扰（EMI）屏蔽和无线电波吸收设备中的应用稳步增长。通常，MXenes是通过中间第三层金属层的分层来合成的。例如，Ti₃C₂Tx是通过使用强氟化酸溶液从Ti₃AlC₂中去除铝（Al）层来合成的。 MXenes/ER复合材料 MXenes/ER复合材料机械性能得以提高的主要原因是MXenes表面的Tx基团与环氧单体的插层和共价键合。这显著提高了复合材料的韧性、冲击强度、裂纹偏转、剪切屈服和弯曲强度。然而，由于在热固性材料中形成过多缺陷，ER中MXene的浓度过高可能是有害的。研究表明，Ti₃C₂Tx-MXene在大多数ER中的浓度应小于5%。 此外，甲基四氢邻苯二甲酸酐（MTHPA）等反应物是固化剂，同时，它们可以防止Ti₃C₂Tx在ER基体中团聚，降低ER的玻璃化转变温度。另一种纳米材料，凹凸棒土1D纳米棒（ATP）浓度<1%时使用，以进一步增加ER的储能模量。在纤维增强聚合物（FRP）中，MXene涂层纤维进一步增强了纤维与ER之间的界面相互作用。 MXene/ER复合材料具有优异的导热性和阻燃性。因此，它们是用于测量高频电流的电热器件的理想材料。掺入银纳米颗粒（Ag NP）可以进一步提高ER的导热性。红磷涂层MXene板材是优良的阻燃剂。 从摩擦学的角度来看，Ti₃C₂纳米片等MXenes是ER基体中优良的减摩抗磨剂。聚四氟乙烯（PTFE）乳胶涂层的MXenes显著降低了复合材料的摩擦系数。这有助于防止MXene/ER涂层设备表面的疲劳失效。 |
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