浸涂法制备超疏水导电MXene基涂层及其多维度数学分析

摘要

[目的]针对柔性电子器件对材料环境适应性与功能可靠性的需求，研究并制备一种兼具超疏水性、高导电性及良好稳定性的MXene基复合涂层，并引入多维度数学方法，以实现对其构效关系的定量化分析与性能的模型化描述。[方法]以棉织物为基体，先用双氧水进行预处理，后采用浸涂法将聚二甲基硅氧烷(PDMS)与纳米炭黑(CB)、微米MXene复合，制备了MXene-CB@PDMS超疏水导电棉织物。运用分形几何、反应动力学、二次函数拟合、Cassie-Baxter模型等多维度数学方法，分析了织物表面粗化、成分分布、润湿行为、稳定性及电学性能变化。[结果]通过双氧水处理可成功在纤维表面引入活性官能团，其反应动力学分析为工艺优化提供了依据；结合分形几何分析，可预测涂层与基底的界面结合效果。当CB与MXene质量比为1∶1时，涂层呈现最优的微纳分级粗糙结构，水接触角达152.9°，电导率为38 S/m，电磁屏蔽效能为40 dB。MXene-CB@PDMS具有优异的耐久性：经受70次胶带剥离或6 000次水滴冲击后仍保持超疏水性；在酸、碱环境中亦具备良好的稳定性，其性能衰减可用指数衰减模型量化。MXene-CB@PDMS在弯曲循环中的电阻变化平缓，分段函数拟合揭示了其变化规律。[结论]本研究成功制备出具有优异超疏水性、导电性及稳定性的MXene-CB@PDMS/CF复合材料。通过运用多维度数学方法，实现了对材料制备工艺、微观结构、宏观性能及衰减规律的定量解析与模型构建，为柔性电子器件用多功能纺织品的理性设计与性能预测提供了重要的方法和理论依据。

关键词

柔性电子器件 / 浸涂法 / 超疏水导电涂层 / 分形几何分析 / 动力学模型