电磁屏蔽 | MXene骨架中的磁相互作用效应：增强电磁干扰屏蔽的热产生

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研究速览

■ 近日，复旦大学车仁超教授团队基于导电Ti3C2Tx-MXene，通过简单的过滤方法制备了新型电磁干扰屏蔽材料Ti3C2Tx -MXene/MWCNTs/ SrFe12O19。将具有本征磁损耗和各向异性的二维六方SrFe12O19薄片引入Ti3C2Tx-MXene/MWCNT衬底中，以提高能量吸收。一维多壁碳纳米管（MWCNTs）起到隔离作用，隔离Ti3C2Tx MXene片，从而使SrFe12O19片可以均匀分布，而不会产生磁团聚。通过使用Ti3C2Tx-MXene薄片、一维多壁碳纳米管和六方SrFe12O19薄片，Ti3C2Tx-MXene/MWCNTs/SrFe12O19薄膜（MCSF）在厚度仅为40μm时具有高达438 S cm的高电导率，优化后的平均电磁屏蔽效率为62.9 dB。利用薄膜的界面极化和磁响应能力，引入SrFe12O19可以提高吸收能力和整体屏蔽能力，从而在不增加反射的情况下提高EMI屏蔽能力。更重要的是，电子全息术图像有力地验证了六方SrFe12O19薄片中的磁耗散机制，发现其与磁耦合和畴壁迁移相关。该策略将为制造柔性EMI屏蔽膜铺平道路，以满足当前的市场需求。

Part1

▉  研究摘要  ▉

■ 制备电磁干扰屏蔽材料是减轻/消除电磁辐射污染的重要手段之一。MXene具有比表面积大、导电性好、结构稳定性高等优点，在各个领域都受到了广泛的关注。尽管其容量巨大，但致密MXene薄膜的金属性质导致入射电磁波几乎全部反射。在调节MXene和MXene基复合材料的电磁干扰反射和吸收贡献方面目前取得了很好的进展。此外，碳基材料（石墨烯或碳纳米管）具有重量轻、柔韧性好、电性能优越、组装成宏观薄膜或结构后性能优异等优点，在电磁干扰屏蔽领域具有广阔的应用前景。将碳材料与MXene结合可以赋予复合材料低密度、透明度和力学性能等特性。然而，以往制造高效电磁屏蔽材料的研究主要集中在提高电导率上，而忽视了吸收效率，这会产生严重的反射和不利的二次电磁污染。因此，设计具有多种要求的下一代电磁干扰屏蔽材料是非常亟待解决的，例如优异的特征屏蔽效率、轻质、高导电性和低二次污染。

■ 鉴于此，复旦大学车仁超教授课题组报道了通过简单的过滤方法成功地将六方SrFe12O19薄片组装到Ti3C2Tx-MXene/MWCNTs基底中，制备磁化Ti3C2Tx基薄膜。利用碳纳米管作为隔离剂，实现了MXene和SrFe12O19的亚微观分散。获得的MXene/MWCNTs/SrFe12O19薄膜在厚度仅为40µm是在X波段显示出438 S cm-1的高电导率和62.9 dB的优异EMI屏蔽效能。由于增强的磁响应能力和扩展的磁耦合空间，六方SrFe12O19片可以通过畴壁迁移和铁磁共振效应有效地消耗入射磁场能量。通过Ti3C2Tx-MXene/MWCNTs/SrFe12O19薄膜中的磁损耗，防止电磁波的二次反射，可以同时提高EMI屏蔽性能。

Part2

▉  研究要点1  ▉

■ 作者以碳纳米管为隔离剂，制备了Ti3C2Tx-MXene/MWCNTs/SrFe12O19层状薄膜（MCSF），实现了Ti3C2Tx-MXene和SrFe12O19的亚微观分散。

▉  研究要点2  ▉

■ 得益于界面极化和磁响应能力，引入SrFe12O19可以提高吸收能力和整体屏蔽能力，这可以通过电子全息术表征得到。由于磁介质协同作用，引入SrFe12O19薄片后，MCSF在不降低反射性能的情况下实现了优异的EMI屏蔽能力。

▉  研究要点3  ▉

■通过MXene薄片、一维CNT和六方SrFe12O19薄片组装，MCSF在40µm厚度下具有高达438 S cm-1的高电导率和62.9 dB的优化平均电磁屏蔽效率。我们预计，这一策略为设计EMI屏蔽膜和拓宽MXene基材料的潜在用途提供了新思路。

▉  研究总结  ▉

■ 本文通过简单的真空过滤方法制备了具有层状结构的超薄柔性Ti3C2Tx-MXene/MWCNTs/SrFe12O19薄膜，并将其用作新型电磁干扰屏蔽材料。磁性各向异性薄片SrFe12O19的插入导致磁化的MXene基薄膜的吸收效率有效增强。通过前所未有的磁耗散吸收机制，同时增大了总屏蔽效率。六方SrFe12O19片可以通过畴壁迁移、铁磁共振和磁耦合空间的扩展有效地将电磁波能量转换为热能。同时，分层结构还产生了优异的EMI屏蔽效能，为MXene-MXene，MXene-MWCNTs和MXene-SrFe12O19提供了大量反射和介电界面耗散。离轴电子全息术证实了磁主导吸收机制。合成的MXene/MWCNTs/SrFe12O19薄膜在微波能量转换和EMI屏蔽方面具有巨大的应用潜力。

文章链接：https://doi.org/10.1002/smll.202201587