郑大《ACS Nano》： MXene/石墨烯气凝胶实现超强电磁波吸收！

文章来源：材料科学与工程

电磁波吸收材料不仅可以赋予武器装备雷达隐身性能，提高国防安全水平；还能够吸收周围环境中的电磁波污染，使人们免收电磁波的伤害。因此，无论在军用还是民用领域中，吸波材料均具有极大的应用价值。

基于电磁波(EMW)信息传输的设备和系统不断刷新着社会和技术的发展。然而，所产生的EMW干扰/辐射严重威胁着军事安全和人类健康。因此，不同的电磁波吸收(EMA)材料(如碳材料、金属氧化物、铁氧体及其杂化体)被开发来解决这一问题。由于传统的单组分电介质或铁氧体难以同时满足良好阻抗匹配和强衰减的特性，多组分混合型结构设计巧妙，已逐渐成为未来高性能EMA材料的主流。

近年来，具有三维多孔、中空、核壳、卵黄壳或核鞘结构的多组分介电/磁性微/纳米材料已成为一种有效的EMA材料。介电/磁性元件，以及分层的微结构，可以赋予微/纳米单元极好的阻抗匹配和协同的电磁损耗。新纳米材料的出现推动了先进的EMA气凝胶的快速发展。特别是，二维(2D)碳纳米材料，如石墨烯和Ti3C2Tx MXene，具有低密度、大比表面积和可调节的电性能，正在扩展气凝胶家族。优异的物理/化学性能和结构多样性使石墨烯/MXene基气凝胶成为制备宽带EMA材料的有前途的候选材料。

近日，郑州大学Luyang Liang等人报道了通过定向冷冻法和肼蒸汽还原法制备得到一种新型的含有磁性Ni纳米链锚定的三维MXene/石墨烯复合气凝胶(命名为NiMR-H)。特殊的取向结构和介电/磁性组分的异质界面有利于获得优异的吸波性能，具有良好的阻抗匹配、多重极化和电/磁耦合效应。这项研究工作以“Multifunctional Magnetic Ti3C2Tx MXene / Graphene Aerogel with Superior Electromagnetic Wave Absorption Performance”为题发表在国际著名期刊《ACS Nano》上。

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有趣的是，超轻Ni/MXene/RGO（NiMR-H）气凝胶（6.45 mg cm−3）提供了到目前为止文献报道中最好的EMA性能，MXene基吸收材料的最小反射损耗（RLmin）为−75.2 dB（99.999 996%波吸收）和7.3 GHz的最宽EAB。此外，优良的结构坚固性和机械性能，以及高疏水性和隔热性能（接近空气），保证稳定和持久的EMA应用的NiMR-H气凝胶，以抵抗变形，水或潮湿的环境，和高温攻击。

图1. NiMR-H气凝胶的制备及其结构表征

图2.电磁波吸收性能测试

图3 吸波机理分析

图4 其他性能（疏水性、隔热性以及力学性能）表征，堪称全能

综上所述，通过单向冷冻法和温和的肼蒸汽还原/改性过程组装氧化石墨烯、Ti3C2Tx和镍纳米链，合成了介电/磁性多组分镍/MXene/RGO气凝胶 (NiMR-H)。通过结合微观介电/磁性多组分和宏观3D互连阵列蜂窝结构，以及适度的还原和氮原子掺杂改性，超轻NiMR-H气凝胶(6.45 mg·cm-3)可以实现-75.2 dB的超低频和7.3GHz的最大EAB的高EMA性能。此外，NiMR-H气凝胶也表现出优于商业聚合物泡沫的隔热性能(接近空气)。这些特性支持了NiMR-H气凝胶在航空航天、隐形武器、电磁防护等方面的潜在应用。