随着大数据、探测和精密制导技术的多元化发展，服务于多频谱的电磁（EM）功能材料和器件已成为热门话题。探索材料的多光谱响应是一个具有挑战性且有意义的科学问题。在这项研究中，通过原位原子重构工程制造了具有可调传导损耗和极化弛豫的MXene/TiO2杂化物。更重要的是，MXene/TiO2 混合物在 GHz、红外和可见光谱中表现出可调节的光谱响应，并且基于此构建了多种 EM 设备。天线阵列在多个微波频段提供出色的电磁能量收集，具有 |S11|高达 − 63.2 dB，并且可以通过弯曲程度进行调谐。超宽带带通滤波器实现约5.4GHz的通带，有效抑制阻带内电磁信号的传输。红外隐形装置在红外光谱中、波长为 6–14 µm 时的发射率小于 0.2。这项工作可以为多功能、多光谱电磁设备的设计和开发提供新的灵感。
 
 
图 1 MXene/TiO2 杂化物的制造和微观结构模型。 a MXene/TiO2 杂化物的结构演化过程。 b–e MT-2、MT-3、MT-4 和 MT-5 的形态。 f M 的 EDS 映射
 
  
图 2 MXene 和 MXene/TiO2 杂化物的微观结构特征。 a、b Ti3C2Tx MXene、c MT-2、d MT-3、e MT-4 和 f MT-5 的 TEM 图像。 MT-5 的 g–i HRTEM 图像。 MXene/TiO2 混合物中的 j–l 界面。 m MT-5 的 AFM 图像。 n–p 区域 I、II 和 III 的放大视图，单位分别为 m。 q, r 分别为 n 和 p 中沿虚线的高度分布。
  
 
图3 MXene/TiO2 杂化物的电磁响应和微波吸收性能。 a MT-2、b MT-3、c MT-4 和 d MT-5 的复介电常数。 MT-3 的 e–h Cole–Cole 图。插图是带有-OH、-O和-F的MT-3以及带有Ti空位缺陷的MT-3的电荷差密度图像。 i, j 两个 TiO2 纳米颗粒之间以及 TiO2 纳米颗粒和 MXene 之间的电场模拟图像。 k MT-2、l MT-3、m MT-4 和 n MT-5 的 RL 值与频率和厚度的关系。
 
  
图 4 由 MXene/TiO2 混合材料构建的多功能微带天线阵列。a 天线阵列的结构。 b|S11|曲线与频率的关系。 c 最小值 |S11|不同基材厚度下的值。 d MXene/TiO2 混合天线阵列的最大增益。 e 共形天线阵列示意图。 f|S11|不同弯曲程度的曲线。 g 中心频率偏移和增益增量（相对于不弯曲天线阵列）。
 

图5. 由 MXene/TiO2 混合材料构建的 UWB 带通滤波器。 a UWB带通滤波器的应用场景。 |S11|和|S21| b MT-5、c MT-4、d MT-3 和 e MT-2 带通滤波器的曲线。 f–i 通带中的表面电流分布。 j–m 阻带内的表面电流分布
 
 
图 6a MXene/TiO2 杂化物的红外和可见光响应特性。红外隐身和可见光隐身示意图。 b MT-2、c MT-3、d MT-4、e MT-5红外隐身装置的功率系数。 f 热红外图像。 g 加热条件下的温度增量。 h MXene/TiO2 杂化物的紫外-可见吸收曲线。 i h 中局部区域的放大视图。 j MT-2、k MT-3、l MT-4 和 m MT-5 的电流密度
 
       相关科研成果由北京理工大学Mao-Sheng Cao等人于2024年发表在Nano-Micro Letters（https://doi.org/10.1007/s40820-024-01391-8）上。原文：In Situ Atomic Reconstruction Engineering Modulating Graphene-Like MXene-Based Multifunctional Electromagnetic Devices Covering Multi-Spectrum
原文链接：https://doi.org/10.1007/s40820-024-01391-8

转自《石墨烯研究》公众号