西北工業大學李賀軍院士團隊Adv. Funct. Mater.綜述：基于石墨烯與MXene的高性能GHz波段吸波納米材料研究進展

【引言】

石墨烯和MXene因其特有結構和優異性質，在高性能微波吸收（MA）納米材料制備中得到廣泛引用。一方面，石墨烯和MXene共有的大寬厚比、高活性化學表面和多樣的合成工藝等特點使其在制備諸如輕質組裝體和各類納米雜化體等高效MA結構中獨占鰲頭。另一方面，二者在結構和性能上的差異（如電導率差異）導致其在具體的MA納米材料設計與制備策略、應用性能上表現出獨特性。

【成果簡介】

近日，西北工業大學材料學院李賀軍院士團隊介紹了不同類型的石墨烯、MXene微波吸收（MA）納米材料研究的最新進展，包括它們的單體材料、三維組裝體及其介電-磁性異質摻雜雜交體等。基于上述MA納米材料的制備比較與性能分析，討論了高效MA制備的可行策略，并展望了石墨烯、MXene吸波納米材料未來研究的機遇和挑戰。相關工作以題為“Graphene and MXene Nanomaterials: Toward High-Performance Electromagnetic Wave Absorption in Gigahertz Band Range”發表在了Adv. Funct. Mater.上。該文章以宋強研究員、葉昉副教授和李賀軍院士為共同通訊作者。

?【圖文導讀】

圖1?基于石墨烯和MXene制備高性能MA材料的優勢和主要策略

圖2 石墨烯和MXene的主要電磁損耗機制以及界面極化損耗機制的實驗觀察與新應用

圖3 不同RGO吸收體的介電常數

圖4 多孔繭狀RGO的制備過程和MA機理的示意圖

圖5?寬頻吸波MWCNT/RGO雜化泡沫的制備過程示意圖

圖6?富原子邊界石墨烯的電磁吸波應用

圖7?CNT/RGO雜化物的結構表征

圖8?石墨烯/ZnO雜化材料的MA性能表征

圖9?具備強界面極化損耗的PANI/RGO氣凝膠MA材料及其性能

圖10?具備強界面極化損耗的石墨烯/薄膜狀氧化物顆粒雜化MA材料

圖11?具備強界面極化損耗的石墨烯-BN雜交MA材料的制備及性能

圖12?RGO/Fe₃O₄團簇的MA性能

圖13?多元雜化FeNi@NC/NCNT/N-RGO的制備及性能

圖14 Ti₃C₂T_x復合材料的微波吸收特性

圖15?MXene/Ni混合物的制備與性能

圖16?Ni@MXene混合物的制備與性能

圖17?NiO＆TiO₂@C顆粒的結構表征和MA機制示意圖

【小結】

近年來，石墨烯和MXene成為高性能MA材料制備與應用研究的核心熱點。足夠強的損耗能力和良好的阻抗匹配是實現吸波材料“薄、輕、寬、強”目標的重要原則。一方面，石墨烯和MXene在形貌和表面化學性質上具有相似性，使其在制備高性能MA材料上具有相似策略，例如介電-磁損耗協同的雜化結構。另一方面，石墨烯和MXene之間結構和電性能的內在差異，導致其MA材料的合成和應用呈現出明顯差別。就結構而言，石墨烯比MXene具有更好的高溫穩定性，而MXene納米片在高溫下會發生層間分層和相變，導致其介電性能的變化。因此，在開發高溫應用介電吸收體時，石墨烯比MXene具有優勢。然而，溫度誘導的MXene結構轉變卻為基于溫度處理制備高性能雜化MA材料開辟了新途徑。

文獻鏈接：Graphene and MXene Nanomaterials: Toward High-Performance Electromagnetic Wave Absorption in Gigahertz Band Range（Adv. Funct. Mater.，?2020，DOI:10.1002/adfm.202000475）

本文由木文韜翻譯編輯。

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