研究背景与目的
- 电磁干扰（EMI）屏蔽材料需具备低电磁波反射特性，以有效阻挡电磁辐射和污染。
- 低反射材料需由具有优异电磁波吸收性能的材料构成。
- 同时具备低反射率和优异EMI屏蔽性能的材料稀缺，因此需开发多层结构。
材料与方法
- 材料
- 聚对苯撑-2,6-苯并二噁唑（PBO）纳米纤维（PNF）通过去质子化法制备，具有优异性能。
- MXene与通过原位生长制备的异质结构MXene@Ni结合。
- 结构：
- MXene@Ni/PNF作为电磁吸收层，MXene/PNF作为电磁反射层。
- 基于分层模块化设计理念，通过逐层冻干法制备（MXene@Ni/PNF）–（MXene/PNF）气凝胶。
实验与表征
- 实验：
- 通过X射线衍射（XRD）、X射线光电子能谱（XPS）和扫描电子显微镜（SEM）分析材料的结构和形态。
- 使用有限元模拟计算电场强度分布和散射信号分布。
- 表征：
- 研究MXene与Ni的质量比对MXene@Ni电磁参数的影响。
- 研究MXene含量对MXene/PNF气凝胶和组装（MXene@Ni/PNF）–（MXene/PNF）气凝胶的EMI屏蔽性能的影响。
结果与讨论
- 结果：
- 当MXene与Ni的质量比为1:6，且反射层中MXene的质量分数为80%时，（MXene@Ni/PNF）–（MXene/PNF）气凝胶表现出优异的EMI屏蔽性能（71 dB）和极低的反射系数（R = 0.10）。
- 有限元模拟验证了所开发的不对称结构气凝胶具有低反射特性的高EMI屏蔽性能。
- （MXene@Ni/PNF）–（MXene/PNF）气凝胶还显示出优异的红外伪装能力。
- 讨论：
- 通过控制MXene表面磁性纳米粒子的原位生长，可以调制功能填料的电磁参数，以实现X波段的良好阻抗匹配性能。
- MXene@Ni/PNF的吸收层具有良好的阻抗匹配和电磁波吸收损耗能力，而MXene/PNF的反射层由于其高导电性，保证了组装后的（MXene@Ni/PNF）–（MXene/PNF）气凝胶具有优异的EMI屏蔽性能。
应用前景
- 由于MXene的低红外发射率和气凝胶的优异隔热性能，所组装的复合材料具有良好的红外伪装性能。
- 这种具有红外伪装和低反射特性的EMI屏蔽复合材料在下一代电子设备中具有广阔的应用前景。
异质结构MXene@Ni电磁功能填料的制备
- 混合与超声处理：首先，将一定量的MXene与含有NiCl₂·6H₂O（0.0025摩尔每50毫升）的乙二醇（EG）溶液混合均匀，然后使用细胞粉碎机进行30分钟的超声处理。
- 反应：接着，加入一定量的水合肼（N₂H₄·H₂O）和1摩尔的NaOH溶液，在90°C的烘箱中反应1小时。
- 后处理：反应完成后，收集黑色的粉末，用去离子水和乙醇反复洗涤，然后在50°C的真空烘箱中干燥12小时，得到异质结构MXene@Ni电磁功能填料。
- 对照实验：还进行了不引入MXene单独制备Ni的对照实验，步骤与上述相同。
(MXene@Ni/PNF)–(MXene/PNF)气凝胶的制备
- 冷冻：将预先制备的MXene/PNF水分散液倒入特定尺寸（长度为23毫米，宽度为12毫米）的矩形聚四氟乙烯模具中。然后将模具放入冰箱中冷冻。
- 添加MXene@Ni/PNF：当样品刚刚冷冻时，加入制备好的MXene@Ni/PNF水分散液，直到样品完全冷冻。
- 真空冷冻干燥：将样品在-70°C和低于2帕的条件下进行48小时的真空冷冻干燥，得到(MXene@Ni/PNF)–(MXene/PNF)气凝胶。
