MXene基轻质电磁防护复合材料的结构设计及其性能调控.pdfVIP

MXene基轻质电磁防护复合材料的结

构设计及其性能调控

摘要：

MXene是一种型二维材料，具有卓越的电磁波吸收性能。为了进一步

提升其电磁防护性能并实现其工业应用，研究者们开展了大量的实验

和仿真研究，探讨了MXene基轻质电磁防护复合材料的结构设计及其

性能调控。其中，通过控制复合材料中MXene层间的距离、厚度、表

面官能团的修饰等手段，进一步提升了其电磁波吸收性能，同时也优

化了它们的物理力学性能。本文将详细介绍MXene基轻质电磁防护复

合材料的制备方法、结构特点及其电磁波吸收性能的调控，为进一步

研究其应用提供参考。

关键词：

MXene,电磁防护，复合材料，表面官能团，电磁波吸收

正文：

一、介绍

MXene是一类型二维材料，以其独特的结构和性能受到了广泛的关注。

其中，Ti3c2Tx是MXene中最具代表性的一种，具有较高的导电性能、

机械强度和化学稳定性。此外，MXene材料还具有优异的电磁波吸收性

能，具有制备轻质电磁波防护材料的潜力。

电磁波防护材料主要用于防护电子设备、通信设备和航空航天器等，

其性能与制备成本一直是该领域的重点研究方向。MXene基轻质电磁防

护复合材料的制备具有成本低廉、制备工艺简单、比表面积大、碳源

丰富等优点。本文将介绍如何通过控制MXeiw基轻质电磁防护复合材

料的结构设计及其性能调控以提升其电磁波吸收性能。

二、MXene晶体结构

MXene材料是由过渡金属M、碳C和氧0三个元素组成的层状材料，其

结构类似于图1所示的石墨烯结构。MXene晶体结构中，过渡金属V的

原子层和氧、碳元素原子的交替形成六元环，因此MXene是一种六角

形光滑的层状结构。

三、MXene基电磁防护复合材料的结构设计

对MXene进行结构设计是优化复合材料电磁波吸收性能的关键°目前,

已有许多研究者采用不同的方法对MXene进行结构设计。

1.层间距离的调节

研究发现，MXene层间距离对其电磁波吸收性能有着一定的影响。通过

改变层间距离，可以调节复合材料对不同波长的电磁波的吸收性能。

Ma等人制备了一种基于纤维素纸的MXene复合材料•，通过改变MXene

的堆积方式和纤维素的厚度来调节其层间距离。结果表明，随着层间

距离的减小，MXene复合材料对电磁波的吸收性能得到了明显提升，在

8~18GHz的频率内，反射损耗率(RL)超过-40dB。

2.MXene层的厚度节

MXene层的厚度也对复合材料的电磁波吸收性能有较大影响。当MXene

层厚度一定时，MXene复合材料对不同波长的电磁波的吸收性能存在局

限。为了解决这一问题，研究者们尝试使用不同厚度的MXene层来制

备复合材料。Liu等人将Ti3c2TxMXene层的厚度缩减至1.1nm的超

薄MXon。(UTM)层，并与氟化石墨烯(FG)混合制备了复合材料。结

果表明，UTM/FG复合材料的电磁波吸收性能得到了极大提升。在8、18

GHz频率范围内，RL值超过了-60dB,相对增益也在50dB以上。

3.表面官能团的修饰

MXene表面的官能团也对复合材料的电磁波吸收性能具有较大影响,

Shah等人通过在Ti32Tx表面引入N功能团,制备了N-Ti32Tx复合

材料，并控其N原子含量来优化其电磁波吸收性能。结果表明，当N

原子含量增加时，N-Ti32Tx复合材料呈现出更好的电磁波吸收性能。

在8〜18GHz频段内，其RL值超过了-35dB。

四、MXene基电磁防护复合材料的性能控

除了对MXene基电磁防护复合材料的结构进行设计外，还有几种方法

可以控其电磁波吸收性能。研究表明，控制MXene的质量、混合其

他材料和采用表面修饰等方法都可以有效提升复合材料的电磁波吸收

性能。

1.质量控

MXene基复合材料的质量也对其电磁波吸收性能具有一定的影响。Byun

等人采用流体剥离法制备了质量各异的Ti32Tx复合材料，并研究了

它们的电磁波吸收性能。结果表明，质量为0.35g/L的Ti32Tx复合

材料的电磁波吸收性能最佳，在2、18GHz频段内，其RL值超过了-60

dBo

2.混合其他材料

将MXene与其他材料混合也是提升复合材料电磁波吸收性能的有效方

法之一。Cui等人将Ti3C2