双向冷冻的长程有序MXene气凝胶

无线通信的快速发展技术和应用，以及趋向于小型化和移动无线电子设备的普及导致了越来越复杂的电磁环境。为防止电磁污染，在不同的频率范围的灵活的、轻质的电磁屏蔽材料的需求也越来大。然而高性能电磁屏蔽材料仍是一个巨大的挑战。由于内多重散射和上壁或孔的局部电流与电磁波的相互作用，大孔结构是提高电磁波吸收能力的有效途径。2D过渡金属碳化物和碳氮化（MXenes）已经被证明是出色的屏蔽材料。MXene薄片具有高电导率以及它们的表面被-OH，-O和-F基团，赋予了它们亲水性和溶液加工的可能性。目前，也取得了许多令人鼓舞的进展。

成果简介

近来，Drexel 大学的Yury Gogotsi教授在国际知名期刊Advanced Optical Materials发表了题目为“Anisotropic MXene Aerogels with a Mechanically Tunable Ratio of Electromagnetic Wave Reflection to Absorption”的论文。报告了一种可调的由MXene组成的长程有序的仿生三维多孔气凝胶结构。双向冷冻法是将MXene胶体溶液制造坚固的、可压缩的、轻量化的气凝胶定向组装结构的理想选择，可获得优异的电磁屏蔽性能以及可调的反射吸收性能。制备的三种类型的MXene气凝胶(Ti₃C₂T_x, Ti₂CT_x, Ti₃CNT_x)电磁屏蔽效能分别达到了70.5、69.2和54.1 dB，压缩厚度仅为1毫米，密度为11.0 mg cm⁻³。最高比效能达到8818.2 dB cm³ g⁻¹，这是报道的电磁干扰屏蔽的最佳值之一材料。

图 1 MXene气凝胶的制备示意图。

图 2 MXene气凝胶的结构。

图 3 MXene气凝胶的力学性能。

图 4 MXene气凝胶的屏蔽效能。

图 5 MXene气凝胶的屏蔽机理。

结 论

总之，通过双向冷冻法制备了一系列长程有序的层状结构的MXene（Ti₃C₂T_x，Ti₂CT_x和Ti₃CNT_x。相对于传统的随机气凝胶，经过20次压缩性能测试后MXene气凝胶保持了84.5％的应力和稳定的电导率。在厚度为1mm时，Ti₃C₂T_x、Ti₂CT_x和Ti₃CNT_x气凝胶在8.2-12.4 GHz的频率的平均EMI SE分别为70.5、69.2和54.1 dB。Ti₂CT_x气凝胶的最高比效能达到8818.2 dB cm³ g⁻¹，这是报道的电磁干扰屏蔽的最佳值之一材料。这种低比重、高可压缩性和高EMI屏蔽性能的MXene气凝胶在便携式和柔性电子器件的设计具有巨大的潜力。

原文链接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adom.201900267

信息来源：MXene学术