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西北大學(xué)創(chuàng)新性研發(fā)既防水又抗腐蝕的超薄吸波材料

2024-06-04 14:11:42 作者：高分子科學(xué)前沿來源：腐蝕與防護(hù) 分享至：

在隱身技術(shù)、電磁干擾屏蔽和通信系統(tǒng)等領(lǐng)域，高性能電磁波吸收劑的作用至關(guān)重要。然而，設(shè)計能夠最大限度地吸收入射電磁波的高效吸收劑仍是一大挑戰(zhàn)。面對這一問題，研究人員一直在積極探索各種新型吸波材料，以期實(shí)現(xiàn)吸波性能的有效發(fā)揮，并深入揭示其內(nèi)在的微觀損耗機(jī)制。

Ti₃C₂T_x-MXene作為一種二維過渡金屬材料，因其出色的導(dǎo)電性和豐富的表面官能團(tuán)，在電磁波吸收領(lǐng)域受到廣泛關(guān)注。這種新型二維結(jié)構(gòu)有利于延長電磁波的傳播路徑，從而增加電磁波的吸收效率。但是，MXene的高導(dǎo)電性導(dǎo)致入射在其表面的電磁波大部分反射，這就限制了其在電磁波吸收領(lǐng)域的應(yīng)用范圍。此外，范德華力和氫鍵作用使MXene容易發(fā)生自堆疊和聚集，影響了其穩(wěn)定性。

針對這些問題，西北大學(xué)閆軍鋒教授課題組采用了一種創(chuàng)新性的插層生長成核方法，結(jié)合退火工藝，制備了磁性金屬合金原位插層的三明治結(jié)構(gòu)MXene復(fù)合物——一種既能防水又抗腐蝕的超薄吸波材料。相關(guān)研究成果已于近期發(fā)表在Advanced Functional Materials上。

該方法通過靜電庫倫力在層間首先引入金屬離子，之后誘導(dǎo)帶有金屬元素的絡(luò)離子有序進(jìn)入層間與其結(jié)合，有效解決了傳統(tǒng)插層工藝中遇到的復(fù)雜生長條件問題。與MXene相比，通過這種方法制備的最終產(chǎn)物MCFC-69-8從親水性轉(zhuǎn)變?yōu)槭杷裕⒃谥行訬aCl條件下（3.5 wt%）表現(xiàn)出更低的腐蝕電流和更高的極化電阻，使其更適合在自然環(huán)境中使用。

通過非線性最小二乘擬合、斜率分析和統(tǒng)計分類等一系列數(shù)學(xué)方法，成功量化了電導(dǎo)損耗和弛豫極化損耗，并對電磁波吸收中的弛豫極化損耗進(jìn)行了詳細(xì)的綜合分析。結(jié)果表明，MCFC-69-8中的弛豫極化損耗占比高達(dá)25%。此外，閆軍鋒課題組還設(shè)計了基于MCFC-69-8的超表面結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了2~18 GHz范圍內(nèi)的超寬EAB，特別是在低于-20 dB的有效吸收帶寬可達(dá)15.8 GHz。

這項研究不僅為實(shí)現(xiàn)具有超薄匹配厚度和良好抗腐蝕性能的高性能電磁波吸收材料提供了新策略，還為深入理解MXene復(fù)合物的弛豫極化損耗提供了新的視角。