電磁干擾（EMI）屏蔽材料具備低電磁（EM）波反射特性，是阻擋電磁輻射和污染的理想材料。為了實(shí)現(xiàn)低反射材料的構(gòu)建，必須采用具備優(yōu)異電磁波吸收性能的材料。然而，既具備低反射性又具備優(yōu)異EMI屏蔽性能的材料仍然稀缺，因此需要開發(fā)多層結(jié)構(gòu)。本文通過(guò)去質(zhì)子化法制備了聚（對(duì)苯二甲酰–2,6–苯并并噁唑）納米纖維（PNF），將其與MXene和通過(guò)原位生長(zhǎng)制備的異質(zhì)結(jié)構(gòu)MXene@Ni結(jié)合，形成電磁波吸收層（MXene@Ni/PNF）和電磁波反射層（MXene/PNF）。最終，通過(guò)層層凍干法在分層模塊設(shè)計(jì)理念的基礎(chǔ)上制備了(MXene@Ni/PNF)–(MXene/PNF)氣凝膠。實(shí)驗(yàn)表征表明，這些氣凝膠能夠高效地吸收、反射和再吸收電磁波，有效地消除電磁干擾。當(dāng)MXene與Ni的質(zhì)量比為1:6，反射層中MXene的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為80 wt.%時(shí)，(MXene@Ni/PNF)–(MXene/PNF)氣凝膠表現(xiàn)出優(yōu)異的EMI屏蔽性能（71 dB）和非常低的反射系數(shù)（R = 0.10）。有限元模擬驗(yàn)證了所開發(fā)的非對(duì)稱結(jié)構(gòu)氣凝膠能夠?qū)崿F(xiàn)高EMI屏蔽性能與低反射特性。此外，(MXene@Ni/PNF)–(MXene/PNF)氣凝膠還展示了卓越的紅外偽裝能力。
Fig 1. a) MXene@Ni 制備的示意圖。MXene@Ni 的 SEM 圖像在 MXene 與 Ni 的質(zhì)量比為 b,b′) 1:2，c,c′) 1:4，d,d′) 1:6 和 e,e′) 1:8 時(shí)制備。
Fig 2. a) ?′ 和 ?″，a′) tanδ，b) μ′ 和 μ″，b′) tanδ
μ，c) α 和 d) C
0的 MXene@Ni，當(dāng) MXene 與 Ni 的質(zhì)量比為 1:2、1:4、1:6 和 1:8 時(shí)制備。MXene@Ni 的電場(chǎng)分布，當(dāng) MXene 與 Ni 的質(zhì)量比為 e) 1:4、f) 1:6 和 g) 1:8 時(shí)制備。
Fig 3. MXene@Ni 的 2D 顏色映射 |Z
in/Z
0| 在 MXene 與 Ni 的質(zhì)量比為 a) 1:2, b) 1:4, c) 1:6 和 d) 1:8 時(shí)制備。3D RCS 圖像顯示了在 MXene 與 Ni 的質(zhì)量比為 a′) 1:2, b′) 1:4, c′) 1:6 和 d′) 1:8 時(shí)制備的 MXene@Ni 覆蓋的 PEC 平面。e) CST 仿真模型的示意圖。f) PEC 平面的模擬 RCS 曲線，以及在 MXene 與 Ni 的質(zhì)量比為 1:2, 1:4, 1:6 和 1:8 時(shí)制備的 MXene@Ni 覆蓋的 PEC 平面，具有不同的入射角。f′) 在 MXene 與 Ni 的質(zhì)量比為 1:2, 1:4, 1:6 和 1:8 時(shí)制備的 MXene@Ni 的 RCS 減小值。g) PEC 平面的模擬 RCS 曲線，以及在 MXene 與 Ni 的質(zhì)量比為 1:6 時(shí)制備的 MXene、Ni 和混合 MXene/Ni 覆蓋的 PEC 平面。
Fig 4. a) (MXene@Ni/PNF)–(MXene/PNF) 氣凝膠的制備示意圖。b,b′) (MXene@Ni/PNF)–(MXene/PNF) 氣凝膠側(cè)表面的 SEM 圖像，以及 b″) Ni 的相應(yīng) EDS 元素分布圖。c-c″) MXene@Ni/PNF 和 d-d″) MXene/PNF 的 SEM 圖像。
Fig 5. a) |Z
in–Z
0| 的二維顏色映射，b) 不同厚度的 MXene@Ni/PNF 氣凝膠的史密斯圖。c) 2.6 毫米厚的 MXene@Ni/PNF 氣凝膠的三維 RCS 圖。d) EMI SE
T ，e) EMI SE，f) (MXene@Ni/PNF)–(MXene/PNF)氣凝膠在電磁波從 MXene@Ni/PNF 的吸收層入射時(shí)，MXene 在 MXene/PNF 反射層中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 40%、60%和 80 wt.%的 R 和 A。g) 質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 80 wt.%的 MXene/PNF 氣凝膠的模擬電場(chǎng)分布，h) MXene@Ni/PNF 氣凝膠，i) 質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 80 wt.%的(MXene@Ni/PNF)–(MXene/PNF)氣凝膠在 MXene/PNF 的反射層中。j) 當(dāng)電磁波從 MXene@Ni/PNF 的吸收層入射時(shí)，(MXene@Ni/PNF)–(MXene/PNF)氣凝膠的 EMI 屏蔽機(jī)制示意圖。
Fig 6. a) PNF 氣凝膠、MXene、當(dāng) MXene 與 Ni 的質(zhì)量比為 1:6 時(shí)制備的 MXene@Ni、質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 80 wt.%的 MXene/PNF 氣凝膠、MXene@Ni/PNF 氣凝膠以及質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 80 wt.%的(MXene@Ni/PNF)–(MXene/PNF)氣凝膠的 TGA 曲線。b) PNF 氣凝膠、質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 80 wt.%的 MXene/PNF 氣凝膠和 MXene@Ni/PNF 氣凝膠的λ。c) 不同表面接觸熱板（輻射溫度為 103.0 °C）的(MXene@Ni/PNF)–(MXene/PNF)氣凝膠的紅外熱像圖和 d) 接觸熱板（輻射溫度為 68.3 °C）的(MXene@Ni/PNF)–(MXene/PNF)氣凝膠的側(cè)面表面。e) (MXene@Ni/PNF)–(MXene/PNF)氣凝膠的紅外偽裝示意圖。f) 手機(jī)、g) 手掌和 h,i) 被(MXene@Ni/PNF)–(MXene/PNF)氣凝膠覆蓋的高溫軍事設(shè)備模型的紅外偽裝效果。
相關(guān)研究工作由西北工業(yè)大學(xué)Junwei Gu和Yali Zhang團(tuán)隊(duì)于2024年共同發(fā)表在《Adv. Mater.》期刊上，Asymmetric Structural MXene/PBO Aerogels for High-Performance Electromagnetic Interference Shielding with Ultra-Low Reflection，原文鏈接：https://doi.org/10.1002/adma.202414085
轉(zhuǎn)自《石墨烯研究》公眾號(hào)
