16种MXene的电磁屏蔽研究，传输矩阵模型取得 突破

随着商业第五代(5G；450 MHz-52 GHz)网络的应用和无线物联网设备数量的增加，通信稳定和安全的要求对电磁干扰提出了一个新的挑战。传统的金属(Ag、Cu、Ni和其他)提供了很好的屏蔽性能，但是均匀的表面沉积金属薄膜较为困难。金属涂层的屏蔽效能受趋肤效应的限制，增长也不明显。2016年起，Ti₃C₂T_x MXene膜被证明在微米级厚度下具有出色的电磁干扰屏蔽能力，性能优于金属和碳材料(石墨烯、碳纳米管和碳纤维)。MXene气凝胶和MXene/聚合物复合材料为优化MXene的电磁干扰屏蔽性能付出了巨大的努力。虽然已报道了超过30种不同组成结构的MXenes，却很少有研究探讨Ti₃C₂T_x以外的MXenes的电磁屏蔽性能。

成果简介

近来，Drexel 大学的Yury Gogotsi教授在国际知名期刊ACS NANO发表了题目为“Beyond Ti₃C₂T_x: MXenes for Electromagnetic Interference Shielding”的论文。首次系统地研究了16种MXene材料的电磁屏蔽性质，包括单金属MXene，有序双金属MXene，M和X元素的随机固溶体MXene。结果表明，所有的MXenes薄膜在微米厚度上都达到了有效的电磁干扰屏蔽(>20 dB)。在仅有40 nm的情况下，所喷涂的Ti₃C₂T_x薄膜具有21 dB的电磁屏蔽性能。根据固溶体中不同的元素比例获得了可调的电磁屏蔽性能。并且建立了传输矩阵模型完美地拟合了高导电性的MXenes的电磁屏蔽性能。

图 1 MXenes结构图和制备的MXenes薄膜。

图 2 MXenes薄膜的结构和屏蔽性能。

图 3 厚度对MXenes薄膜屏蔽性能的影响和屏蔽机理研究。

图 4 MXenes薄膜的电导率和屏蔽性能的对比。

图 5 MXenes薄膜与报道文献的屏蔽性能的对比。

结 论

通过提出一个简单有效且温和的反复冻融法打开了MXene片层。经过4次循环后，具有特殊褶皱的Fat-MXene纳米片尺寸较大，产率可高达39%。与超声处理相结合后，虽然尺寸有所降低，产率却进一步提高至81.4%。Fat-MXene组装的微型电容器具有高达23.6 mF cm^–2的面电容和591 mF cm^–3 的体电容。卓越的电化学性能并以此证明了间充质干细胞的高质量脂肪的策略。该研究开辟了一种全新的方法来提高MXene的得率，有利于进一步拓展MXene的应用。

原文链接：

https://doi.org/10.1021/acsnano.0c01312

信息来源：MXene学术