电磁干扰（EMI）屏蔽材料具备低电磁（EM）波反射特性，是阻挡电磁辐射和污染的理想材料。为了实现低反射材料的构建，必须采用具备优异电磁波吸收性能的材料。然而，既具备低反射性又具备优异EMI屏蔽性能的材料仍然稀缺，因此需要开发多层结构。本文通过去质子化法制备了聚（对苯二甲酰–2,6–苯并并噁唑）纳米纤维（PNF），将其与MXene和通过原位生长制备的异质结构MXene@Ni结合，形成电磁波吸收层（MXene@Ni/PNF）和电磁波反射层（MXene/PNF）。最终，通过层层冻干法在分层模块设计理念的基础上制备了(MXene@Ni/PNF)–(MXene/PNF)气凝胶。实验表征表明，这些气凝胶能够高效地吸收、反射和再吸收电磁波，有效地消除电磁干扰。当MXene与Ni的质量比为1:6，反射层中MXene的质量分数为80 wt.%时，(MXene@Ni/PNF)–(MXene/PNF)气凝胶表现出优异的EMI屏蔽性能（71 dB）和非常低的反射系数（R = 0.10）。有限元模拟验证了所开发的非对称结构气凝胶能够实现高EMI屏蔽性能与低反射特性。此外，(MXene@Ni/PNF)–(MXene/PNF)气凝胶还展示了卓越的红外伪装能力。
 
 
Fig 1. a) MXene@Ni 制备的示意图。MXene@Ni 的 SEM 图像在 MXene 与 Ni 的质量比为 b,b′) 1:2，c,c′) 1:4，d,d′) 1:6 和 e,e′) 1:8 时制备。
 

Fig 2. a) ɛ′ 和 ɛ″，a′) tanδ，b) μ′ 和 μ″，b′) tanδ_μ，c) α 和 d) C₀的 MXene@Ni，当 MXene 与 Ni 的质量比为 1:2、1:4、1:6 和 1:8 时制备。MXene@Ni 的电场分布，当 MXene 与 Ni 的质量比为 e) 1:4、f) 1:6 和 g) 1:8 时制备。
 


Fig 3. MXene@Ni 的 2D 颜色映射 |Z_in/Z₀| 在 MXene 与 Ni 的质量比为 a) 1:2, b) 1:4, c) 1:6 和 d) 1:8 时制备。3D RCS 图像显示了在 MXene 与 Ni 的质量比为 a′) 1:2, b′) 1:4, c′) 1:6 和 d′) 1:8 时制备的 MXene@Ni 覆盖的 PEC 平面。e) CST 仿真模型的示意图。f) PEC 平面的模拟 RCS 曲线，以及在 MXene 与 Ni 的质量比为 1:2, 1:4, 1:6 和 1:8 时制备的 MXene@Ni 覆盖的 PEC 平面，具有不同的入射角。f′) 在 MXene 与 Ni 的质量比为 1:2, 1:4, 1:6 和 1:8 时制备的 MXene@Ni 的 RCS 减小值。g) PEC 平面的模拟 RCS 曲线，以及在 MXene 与 Ni 的质量比为 1:6 时制备的 MXene、Ni 和混合 MXene/Ni 覆盖的 PEC 平面。
 

Fig 4. a) (MXene@Ni/PNF)–(MXene/PNF) 气凝胶的制备示意图。b,b′) (MXene@Ni/PNF)–(MXene/PNF) 气凝胶侧表面的 SEM 图像，以及 b″) Ni 的相应 EDS 元素分布图。c-c″) MXene@Ni/PNF 和 d-d″) MXene/PNF 的 SEM 图像。
 

Fig 5. a) |Z_in–Z₀| 的二维颜色映射，b) 不同厚度的 MXene@Ni/PNF 气凝胶的史密斯图。c) 2.6 毫米厚的 MXene@Ni/PNF 气凝胶的三维 RCS 图。d) EMI SE _T ，e) EMI SE，f) (MXene@Ni/PNF)–(MXene/PNF)气凝胶在电磁波从 MXene@Ni/PNF 的吸收层入射时，MXene 在 MXene/PNF 反射层中的质量分数为 40%、60%和 80 wt.%的 R 和 A。g) 质量分数为 80 wt.%的 MXene/PNF 气凝胶的模拟电场分布，h) MXene@Ni/PNF 气凝胶，i) 质量分数为 80 wt.%的(MXene@Ni/PNF)–(MXene/PNF)气凝胶在 MXene/PNF 的反射层中。j) 当电磁波从 MXene@Ni/PNF 的吸收层入射时，(MXene@Ni/PNF)–(MXene/PNF)气凝胶的 EMI 屏蔽机制示意图。
 
 
Fig 6. a) PNF 气凝胶、MXene、当 MXene 与 Ni 的质量比为 1:6 时制备的 MXene@Ni、质量分数为 80 wt.%的 MXene/PNF 气凝胶、MXene@Ni/PNF 气凝胶以及质量分数为 80 wt.%的(MXene@Ni/PNF)–(MXene/PNF)气凝胶的 TGA 曲线。b) PNF 气凝胶、质量分数为 80 wt.%的 MXene/PNF 气凝胶和 MXene@Ni/PNF 气凝胶的λ。c) 不同表面接触热板（辐射温度为 103.0 °C）的(MXene@Ni/PNF)–(MXene/PNF)气凝胶的红外热像图和 d) 接触热板（辐射温度为 68.3 °C）的(MXene@Ni/PNF)–(MXene/PNF)气凝胶的侧面表面。e) (MXene@Ni/PNF)–(MXene/PNF)气凝胶的红外伪装示意图。f) 手机、g) 手掌和 h,i) 被(MXene@Ni/PNF)–(MXene/PNF)气凝胶覆盖的高温军事设备模型的红外伪装效果。
 
      相关研究工作由西北工业大学Junwei Gu和Yali Zhang团队于2024年共同发表在《Adv. Mater.》期刊上，Asymmetric Structural MXene/PBO Aerogels for High-Performance Electromagnetic Interference Shielding with Ultra-Low Reflection，原文链接：https://doi.org/10.1002/adma.202414085

转自《石墨烯研究》公众号