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北京林業(yè)大學(xué)Ming-Guo Ma等--用于千兆/太赫茲電磁屏蔽和光熱轉(zhuǎn)換的中空金屬有機框架/MXene/納米纖維素復(fù)合薄膜
       隨著通信技術(shù)的不斷進步,對具有多功能、寬帶EMI性能的電磁屏蔽干擾(EMI)材料的需求日益迫切。控制電氣和磁性元件以及設(shè)計 EMI 材料結(jié)構(gòu)引起了廣泛的興趣,但仍然是一個巨大的挑戰(zhàn)。在此,我們報道了通過交替真空輔助過濾過程由中空金屬有機框架/層狀MXene/納米纖維素(HMN)組成的交替電磁結(jié)構(gòu)復(fù)合薄膜。 HMN復(fù)合薄膜在GHz頻率(Kaband時為66.8 dB)和THz頻率(0.1-4.0 THz時為114.6 dB)表現(xiàn)出優(yōu)異的EMI屏蔽性能。此外,HMN復(fù)合薄膜在0.7 THz處還表現(xiàn)出39.7 dB的高反射損耗,有效吸收帶寬高達2.1 THz。此外,HMN復(fù)合薄膜表現(xiàn)出卓越的光熱轉(zhuǎn)換性能,在2.0 Sun下可達到104.6 °C,在0.8 W cm−2下可達到235.4 °C。獨特的微觀和宏觀結(jié)構(gòu)設(shè)計結(jié)構(gòu)將通過界面偏振/多重散射吸收更多的入射電磁波,并通過局部表面等離子體共振效應(yīng)產(chǎn)生更多的熱能。這些特性使 HMN 復(fù)合薄膜成為未來 6G 通信和寒冷環(huán)境中電子設(shè)備保護的先進 EMI 器件的有前途的候選者。

 
圖1 AVAF策略合成HMN復(fù)合薄膜示意圖。 a Co-HCC、b d-Ti3C2Tx 和 c HMN 復(fù)合薄膜的制備過程。

 
圖2 HMN復(fù)合薄膜的微觀結(jié)構(gòu)。分別為 Co-HCC 的 a TEM 圖像和 b EDS 線掃描圖像。分別為 TOCNF 的 c TEM 圖像和 d 尺寸分布。分別為 d-Ti3C2TX 納米片的 e TEM 圖像和 f 晶格條紋。 g、h SEM 圖像、i 示意圖和 j HMN 復(fù)合薄膜的 EDS 映射。

 
圖3. HMN復(fù)合薄膜的晶體結(jié)構(gòu)和組成。 a 分別是ZIF-8@ZIF67熱解前后的XRD圖譜和b拉曼圖譜。分別為 HMN 復(fù)合薄膜、TOCNF、Co-HCC 和 d-Ti3C2TX 的 c XRD 圖案和 d FTIR 光譜。 HMN 復(fù)合薄膜的 TG 和 DTG 分析。 f ZIF-8@ZIF-67 和 Co-HCC 的氮氣吸附-解吸等溫線。g d-Ti3C2TX 和 Co-HCC 的 XPS 全譜。 d-Ti3C2TX 的 h Ti 2p 和 Co-HCC 的 i Co 2p 的 XPS 精細光譜。

 
圖4. HMN復(fù)合薄膜的電磁性能和千兆赫電磁屏蔽性能。 a–c HMN-5L-57.1% 復(fù)合薄膜的電導(dǎo)率和磁性。 d 具有不同 d-Ti3C2TX 含量的 HMN 復(fù)合薄膜的 EMI SE。 e、f 不同層數(shù) HMN 復(fù)合薄膜的 EMI SE。 g 電磁波從不同方向入射時HMN-5L-57.1%復(fù)合薄膜的示意圖和EMI SE。 HMN-5L-57.1% 復(fù)合薄膜的 h X、Ku、K 和 Ka 頻段 EMI SE。

 
圖5. HMN復(fù)合薄膜的太赫茲電磁屏蔽性能。傳輸模型和反射模型中空氣、Al 鏡和 HMN 復(fù)合薄膜的 a、d 太赫茲時域脈沖。 b、e 傳輸模型和反射模型中空氣、鋁板和 HMN 復(fù)合薄膜的電場強度。 c、f HMN復(fù)合薄膜在傳輸模型和反射模型中的EMI SE和反射損耗。 g、h透射模式和反射模式的太赫茲成像熱譜圖。

 
圖6. EMI可視化模擬及EMI屏蔽機制。 a EMI可視化模擬示意圖和特斯拉線圈電路圖。 b HMN復(fù)合薄膜的特斯拉線圈實驗。 c 電磁屏蔽探測器EMI性能和d HMN復(fù)合薄膜實驗。 e HMN復(fù)合薄膜的EMI屏蔽機制示意圖。 f EMI SE 與其他材料的比較(支持信息表 S2 中列出的樣品編號)。
 
 
圖7 HMN復(fù)合薄膜的光熱轉(zhuǎn)換性能。 HMN 復(fù)合薄膜的紫外-可見-近紅外吸收光譜。 b 不同太陽強度下HMN復(fù)合薄膜的表面溫度曲線。 c 在 1.0 太陽照射強度下,HMN 復(fù)合薄膜在 3 個周期內(nèi)的太陽能加熱性能。 d HMN 復(fù)合薄膜在 2.0 Sun(上)和 NIR 照射(下)在 0.8 W cm−2 下不同時間間隔的紅外熱成像照片。 e 不同 808 NIR 功率密度下 HMN 復(fù)合薄膜的表面溫度曲線。 f 不同 808 NIR 激光功率密度下 HMN 復(fù)合薄膜的溫度演變。 g 模擬光熱輻照的HMN復(fù)合薄膜示意圖
  
       相關(guān)科研成果由北京林業(yè)大學(xué), Ming-Guo Ma等人于2024年發(fā)表在Nano-Micro Letters(https://doi.org/10.1007/s40820-024-01386-5)上。原文:Hollow Metal–Organic Framework/MXene/Nanocellulose Composite Films for Giga/Terahertz Electromagnetic Shielding and Photothermal Conversion
原文鏈接:https://doi.org/10.1007/s40820-024-01386-5

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