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。為了實現低反射材料的構建，必須采用具備優異電磁波吸收性能的材料。然而，既具備低反射性又具備優異EMI屏蔽性能的材料仍然稀缺，因此需要開發多層結構。本文通過去質子化法制備了聚（對苯二甲酰–2,6–苯并并噁唑）納米纖維（PNF），將其與MXene和通過原位生長制備的異質結構MXene@Ni結合，形成電磁波吸收層（MXene@Ni/PNF）和電磁波反射層（MXene/PNF）。最終，通過層層凍干法在分層模塊設計理念的基礎上制備了(MXene@Ni/PNF)–(MXene/PNF)氣凝膠。實驗表征表明，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MXene與Ni的質量比為1:6，反射層中MXene的質量分數為80 wt.%時，(MXene@Ni/PNF)–(MXene/PNF)氣凝膠表現出優異的EMI屏蔽性能（71 dB）和非常低的反射系數（R = 0.10）。有限元模擬驗證了所開發的非對稱結構氣凝膠能夠實現高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 的質量比為 b,b′) 1:2，c,c′) 1:4，d,d′) 1:6 和 e,e′) 1:8 時制備。
Fig 2. a) ?′ 和 ?″，a′) tanδ，b) μ′ 和 μ″，b′) tanδ
μ，c) α 和 d) C
0的 MXene@Ni，當 MXene 與 Ni 的質量比為 1:2、1:4、1:6 和 1:8 時制備。MXene@Ni 的電場分布，當 MXene 與 Ni 的質量比為 e) 1:4、f) 1:6 和 g) 1:8 時制備。
Fig 3. MXene@Ni 的 2D 顏色映射 |Z
in/Z
0| 在 MXene 與 Ni 的質量比為 a) 1:2, b) 1:4, c) 1:6 和 d) 1:8 時制備。3D RCS 圖像顯示了在 MXene 與 Ni 的質量比為 a′) 1:2, b′) 1:4, c′) 1:6 和 d′) 1:8 時制備的 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 的質量比為 1:2, 1:4, 1:6 和 1:8 時制備的 MXene@Ni 覆蓋的 PEC 平面，具有不同的入射角。f′) 在 MXene 與 Ni 的質量比為 1:2, 1:4, 1:6 和 1:8 時制備的 MXene@Ni 的 RCS 減小值。g) PEC 平面的模擬 RCS 曲線，以及在 MXene 與 Ni 的質量比為 1:6 時制備的 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) 氣凝膠側表面的 SEM 圖像，以及 b″) Ni 的相應 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，MXene 在 MXene/PNF 反射層中的質量分數為 40%、60%和 80 wt.%的 R 和 A。g) 質量分數為 80 wt.%的 MXene/PNF 氣凝膠的模擬電場分布，h) MXene@Ni/PNF 氣凝膠，i) 質量分數為 80 wt.%的(MXene@Ni/PNF)–(MXene/PNF)氣凝膠在 MXene/PNF 的反射層中。j) 當電磁波從 MXene@Ni/PNF 的吸收層入射時，(MXene@Ni/PNF)–(MXene/PNF)氣凝膠的 EMI 屏蔽機制示意圖。
Fig 6. a) PNF 氣凝膠、MXene、當 MXene 與 Ni 的質量比為 1:6 時制備的 MXene@Ni、質量分數為 80 wt.%的 MXene/PNF 氣凝膠、MXene@Ni/PNF 氣凝膠以及質量分數為 80 wt.%的(MXene@Ni/PNF)–(MXene/PNF)氣凝膠的 TGA 曲線。b) PNF 氣凝膠、質量分數為 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)氣凝膠的側面表面。e) (MXene@Ni/PNF)–(MXene/PNF)氣凝膠的紅外偽裝示意圖。f) 手機、g) 手掌和 h,i) 被(MXene@Ni/PNF)–(MXene/PNF)氣凝膠覆蓋的高溫軍事設備模型的紅外偽裝效果。
相關研究工作由西北工業大學Junwei Gu和Yali Zhang團隊于2024年共同發表在《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
轉自《石墨烯研究》公眾號
