多层二维材料组件提供了大量有利于电磁波吸收的界面。然而，避免团聚并实现逐层有序嵌入仍然具有挑战性。在这里，基于麦克斯韦-瓦格纳效应，通过喷雾冷冻干燥和微波辐射构建了具有周期性插层结构和明显界面效应的3D还原氧化石墨烯（rGO）/MXene/TiO2/Fe2C轻质多孔微球。这种方法通过缺陷引入、多孔骨架、多层组装和多组分系统增强了界面效应，从而产生协同损失机制。微球中丰富的 2D/2D/0D/0D 插层异质结提供高密度的极化电荷，同时产生丰富的极化位点，从而增强界面极化，这一点已通过 CST Microwave Studio 模拟验证。通过精确调整异质结构中的二维纳米片插层，偏振损耗和阻抗匹配都显着改善。在5 wt%的低填充负载下，偏振损耗率超过70%，并且可以实现-67.4 dB的最小反射损耗（RLmin）。此外，雷达截面模拟进一步证实了优化后的多孔微球的衰减能力。这些结果不仅为理解和增强界面效应提供了新颖的见解，而且还为实现基于定制的二维分层架构的异质界面工程提供了一个有吸引力的平台。
Fig 1. 喷雾冷冻干燥 GO-MXene GMX、微波辐射 GO-MXene GMX-M 和添加二茂铁的 GMX-MFe 微球的合成示意图。
Fig 2. 微球形态：(a1) GMX1、(a2) GMX-M1、(a3) GMX-MFe1、(b1) GMX2、(b2) GMX-M2、(b3) GMX-MFe2、(c1) GMX3、(c2) GMX-M3、(c3) GMX-MFe3、(d1) GMX4、(d2) GMX-M4 和 (d3) GMX-MFe4。插图是相应的元素映射图像。
Fig 3. a 喷雾冷冻干燥的GMX3、分散的GMX3-D、微波辐射的GMX-M3和添加二茂铁的GMX-MFe3样品的XRD图谱。 b MXene微球MXS、GO微球GOS、微波照射的GOS-M、GMX3、GMX-M3、GMXMFe3的拉曼光谱。 c GMX3、GMX-M3 和 GMX-MFe3 的 XPS 测量光谱。 GMX-MFe3 的高分辨率 XPS 光谱 d Fe 2p 光谱。 GMX3、GMX-M3 和 GMX-MFe3 的 e C 1s 和 f Ti 2p 光谱。
Fig 4. GMX3 的 HRTEM 图像，以及 MXene 沿红线（插图）的层间距。 b 具有不同 GO 与 MXene 比例的 GMX 的 XRD 图案和层间距值。结构单元示意图显示了不同微球的 GO/MXene 比例变化：c1 GMX1 和 GMX-MFe1、c2 GMX2 和 GMX-MFe2、c3 GMX3 和 GMX-MFe3、c4 GMX4 和 GMX-MFe4。 d GMX-MFe3结构单元的TEM图像。 e TiO2 和 f Fe2C 晶格缺陷的 HRTEM 图像。
Fig 5. MXene/rGO异质界面（MGH）工程模型示意图。
Fig 6. 功率损耗分布的 CST 模拟，a GM1、b GM2、c GM3、d GM4、e GM3 颗粒、f GM3 颗粒微球。 g GM1-GM4的相对有效异质界面面积(EHA)和电荷密度(HCD)。 h 从图6a-e中白色虚线提取的GM1到GM4的功率损耗密度值。
Fig 7. GMX3、GMX-M3、GMX-MFe系列电磁参数，包括介电常数a实部(ε′)、b虚部(ε′′)、磁导率c实部(μ′)、d虚部(μ′′) 、e 介电损耗角正切 tan δE 和 f 磁损耗角正切 tan δM。 g GMX3、GMX-M3 和 GMX-MFe 系列的 Cole-Cole 半圆。 h 所有样品的电导损耗和极化损耗。
Fig 8. a GMX3、b GMX-M3、c GMX-MFe1、d GMX-MFe2、e GMX-MFe3和 f GMX-MFe4 的 3D RL 图。 g 所有样品的 RLmin 和 EABmax 值以及相应厚度的比较。 h 相关 3D 石墨烯或/和 MXene 基吸收剂与本工作相比的 EMA 性能雷达比较图。
Fig 9. a 不同样本的衰减常数α。 b GMX-MFe3 的频率相关 RL、|Z
in/Z
0| 和 α 值。 |Z
in/Z
0| 的 2D 等高线图适用于 c GMX3、d GMX-M3、e GMX-MFe1、f GMX-MFe2、g GMX-MFe3 和 h GMX-MFe4。
Fig 10. a 宽带 RCS 结果。 b 含有纯PEC和涂覆吸收层的PEC复合材料的RCS模拟曲线。 c PEC 和 d GMX-MFe3 的 3D 雷达波散射信号。 e GMX-3 和 f GMX-MFe3 涂层 PEC 板在 8.89 GHz 极坐标系中的 RCS。
Fig 11. GMX-MFe微球电磁波吸收机理示意图。
相关研究工作由浙江大学Faxiang Qin课题组于2023年在线发表在《Nano-Micro Letters》期刊上，Boosting Interfacial Polarization Through Heterointerface Engineering in MXene/Graphene Intercalated-Based Microspheres for Electromagnetic Wave Absorption。
原文：
https://doi.org/10.1007/s40820-023-01123-4
转自《石墨烯研究》公众号
