随着通信技术的不断进步，对具有多功能、宽带EMI性能的电磁屏蔽干扰（EMI）材料的需求日益迫切。控制电气和磁性元件以及设计 EMI 材料结构引起了广泛的兴趣，但仍然是一个巨大的挑战。在此，我们报道了通过交替真空辅助过滤过程由中空金属有机框架/层状MXene/纳米纤维素（HMN）组成的交替电磁结构复合薄膜。 HMN复合薄膜在GHz频率（Kaband时为66.8 dB）和THz频率（0.1-4.0 THz时为114.6 dB）表现出优异的EMI屏蔽性能。此外，HMN复合薄膜在0.7 THz处还表现出39.7 dB的高反射损耗，有效吸收带宽高达2.1 THz。此外，HMN复合薄膜表现出卓越的光热转换性能，在2.0 Sun下可达到104.6 °C，在0.8 W cm−2下可达到235.4 °C。独特的微观和宏观结构设计结构将通过界面偏振/多重散射吸收更多的入射电磁波，并通过局部表面等离子体共振效应产生更多的热能。这些特性使 HMN 复合薄膜成为未来 6G 通信和寒冷环境中电子设备保护的先进 EMI 器件的有前途的候选者。
图1 AVAF策略合成HMN复合薄膜示意图。 a Co-HCC、b d-Ti3C2Tx 和 c HMN 复合薄膜的制备过程。
图2 HMN复合薄膜的微观结构。分别为 Co-HCC 的 a TEM 图像和 b EDS 线扫描图像。分别为 TOCNF 的 c TEM 图像和 d 尺寸分布。分别为 d-Ti3C2TX 纳米片的 e TEM 图像和 f 晶格条纹。 g、h SEM 图像、i 示意图和 j HMN 复合薄膜的 EDS 映射。
图3. HMN复合薄膜的晶体结构和组成。 a 分别是ZIF-8@ZIF67热解前后的XRD图谱和b拉曼图谱。分别为 HMN 复合薄膜、TOCNF、Co-HCC 和 d-Ti3C2TX 的 c XRD 图案和 d FTIR 光谱。 HMN 复合薄膜的 TG 和 DTG 分析。 f ZIF-8@ZIF-67 和 Co-HCC 的氮气吸附-解吸等温线。g d-Ti3C2TX 和 Co-HCC 的 XPS 全谱。 d-Ti3C2TX 的 h Ti 2p 和 Co-HCC 的 i Co 2p 的 XPS 精细光谱。
图4. HMN复合薄膜的电磁性能和千兆赫电磁屏蔽性能。 a–c HMN-5L-57.1% 复合薄膜的电导率和磁性。 d 具有不同 d-Ti3C2TX 含量的 HMN 复合薄膜的 EMI SE。 e、f 不同层数 HMN 复合薄膜的 EMI SE。 g 电磁波从不同方向入射时HMN-5L-57.1%复合薄膜的示意图和EMI SE。 HMN-5L-57.1% 复合薄膜的 h X、Ku、K 和 Ka 频段 EMI SE。
图5. HMN复合薄膜的太赫兹电磁屏蔽性能。传输模型和反射模型中空气、Al 镜和 HMN 复合薄膜的 a、d 太赫兹时域脉冲。 b、e 传输模型和反射模型中空气、铝板和 HMN 复合薄膜的电场强度。 c、f HMN复合薄膜在传输模型和反射模型中的EMI SE和反射损耗。 g、h透射模式和反射模式的太赫兹成像热谱图。
图6. EMI可视化模拟及EMI屏蔽机制。 a EMI可视化模拟示意图和特斯拉线圈电路图。 b HMN复合薄膜的特斯拉线圈实验。 c 电磁屏蔽探测器EMI性能和d HMN复合薄膜实验。 e HMN复合薄膜的EMI屏蔽机制示意图。 f EMI SE 与其他材料的比较（支持信息表 S2 中列出的样品编号）。
图7 HMN复合薄膜的光热转换性能。 HMN 复合薄膜的紫外-可见-近红外吸收光谱。 b 不同太阳强度下HMN复合薄膜的表面温度曲线。 c 在 1.0 太阳照射强度下，HMN 复合薄膜在 3 个周期内的太阳能加热性能。 d HMN 复合薄膜在 2.0 Sun（上）和 NIR 照射（下）在 0.8 W cm−2 下不同时间间隔的红外热成像照片。 e 不同 808 NIR 功率密度下 HMN 复合薄膜的表面温度曲线。 f 不同 808 NIR 激光功率密度下 HMN 复合薄膜的温度演变。 g 模拟光热辐照的HMN复合薄膜示意图
相关科研成果由北京林业大学, Ming-Guo Ma等人于2024年发表在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
原文链接：https://doi.org/10.1007/s40820-024-01386-5
转自《石墨烯研究》公众号
