柔性防水2D/1D/0D MXene基纳米复合材料结构用于电磁波吸收、电磁干扰屏蔽和光热转换

一、文章概述

具有多功能特性的高性能电磁波吸收和电磁干扰(EMI)屏蔽材料已经吸引了广泛的科学和技术兴趣，但它们仍然是一个巨大的挑战。文章报道了一种静电组装方法，用于制备2D/1D/0D 结构的Ti3C2Tx/碳纳米管/Co纳米粒子(Ti3C2Tx/CNTs/Co)纳米复合材料，具有良好的电磁波吸收、EMI屏蔽效率、柔韧性、疏水性和光热转换性能。如预期的那样，获得了-85.8 dB的强反射损失和1.4 mm的超薄厚度。同时，电磁干扰屏蔽效率达到110.1 dB。优良的电磁波吸收和屏蔽性能来源于载流子、电/磁偶极子极化、界面极化、自然共振和多次内反射。此外，一薄层聚二甲基硅氧烷使亲水的分层Ti3C2Tx/CNTs/Co疏水，可以防止MXene在高湿度条件下的降解/氧化。有趣的是，Ti3C2Tx/CNTs/Co 薄膜具有显著的光热转换性能，具有较高的热循环稳定性和可维持性。因此，多功能Ti3C2Tx/CNTs/Co纳米复合材料具有出色的电磁波吸收和EMI屏蔽、光驱动加热性能和灵活的防水特性，是下一代智能电磁衰减系统的重要组成部分。

二、图文导读

图1、 Ti3C2Tx/CNTs/Co纳米复合材料形成过程示意图。

图2、 Ti3C2Tx、Ti3C2Tx/CNTs/Co和CNTs/Co纳米复合材料的XRD曲线(a)和拉曼光谱(b)。Ti3C2Tx/CNTs/Co纳米复合材料的XPS测量谱(c)、ti2p XPS谱(d)、c1 s XPS谱(e)和N2吸附脱附等温线(f)。

图3、 a Ti3C2Tx、b Co-MOFs、c CNTs/Co和g-i Ti3C2Tx/CNTs/Co的SEM图像。d Ti3C2Tx、e Co-MOFs、f CNTs/Co和j-l Ti3C2Tx/CNTs/Co的TEM图像。Ti3C2Tx/CNTs/Co的mEDS映射。

图4、 a PDMS@Ti3C2Tx/CNTs/Coflm的弯曲照片。b Ti3C2Tx/CNTs/Coflm和PDMS@Ti3C2Tx/CNTs/Coflm的水接触角(CA)。插图是测量flm表面的水附着力（3μL水滴）的照片。c-f表面水滴（半透明）、牛奶（白色）和咖啡（黄色）溶液的照片，g涂层软纸上自洁试验的光学照片。

图5、 a不同近红外激光功率密度下PDMS@Ti3C2Tx/CNTs/Co薄膜的光热加热和冷却曲线。b PDMS@Ti3C2Tx/CNTs/Co涂层在功率密度逐渐变化下的定制表面温度。c PDMS@Ti3C2Tx/ CNTs/Co涂层在不同近红外激光功率密度下对5次/次循环激光的加热曲线。d由冷却周期得到时间(t)与-lnθ之间的线性拟合关系。e PDMS@Ti3C2Tx/CNTs/Co涂层在功率密度下的红外热像照片从0.2 W cm-2上升到0.6 W cm-2。

三、全文总结

通过简单的微波辅助、原位碳化和静电组装工艺，作者证明了Ti3C2Tx/ CNTs/Co纳米复合材料的2D/1D/0D结构具有良好的电磁波吸收、EMI屏蔽效率、柔韧性、疏水性和光热功能。在二维Ti3C2Tx MXene薄片上引入海胆状的CNTs/Co纳米复合材料，形成层压Ti3C2Tx/CNTs/Co纳米复合材料，提高电磁波吸收和电磁干扰屏蔽效率。如预期的那样，通过改进的衰减能力和优化的阻抗匹配，层状Ti3C2Tx/CNTs/Co纳米复合材料的反射损耗达到85.8 dB，宽EAB为6.1 GHz，超薄厚度为1.4 mm，超低fller负载为5 wt%。对其机理的研究表明，一维碳纳米管与二维Ti3C2Tx导电网络中电子输运引起的传导损失之间的协同作用增强了电磁波吸收性能。介质损耗来自于层状结构中的偶极极化和丰富的界面，磁损耗来自于0D Co纳米粒子的铁磁共振。Ti3C2Tx/CNTs/Co 薄膜表现出110.1 dB的高EMI SE，这源于其优良的导电性、电偶极或磁偶极极化、界面极化、自然共振和多次内反射。此外，PDMS可使亲水的分层Ti3C2Tx/CNTs/ Co疏水，水接触角为~ 110.3°，可防止MXene在高湿度条件下的降解/氧化。有趣的是，PDMS@ Ti3C2Tx/CNTs/Co薄膜具有优异的光热转换性能，具有较高的热循环稳定性和可维持性。因此，多功能Ti3C2Tx/CNTs/Co纳米复合材料具有独特的电磁波吸收和电磁干扰屏蔽效率、光驱动加热性能、灵活性和防水性能，这对下一代智能电磁衰减系统非常有希望。

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