Science：MXenes實現高效屏蔽電磁干擾

【引言】

如今的電子設備都朝著更智能、更輕巧的方向快速發展著。每種兼具傳輸信號，利用電能的電子設備都會產生電磁干擾，而這對設備性能及周圍環境都會帶來不利的影響。如果沒有屏蔽防護，電子設備中高速運行的組件會大幅度的產生電磁干擾，這會致使電子設備發生故障或是出現退化。不斷增加的電磁污染還會影響人體健康及周圍的環境。

極薄，且具柔性和高電導性的材料適宜用于屏蔽電磁干擾，若是將材料制成薄膜狀則更佳。二維的金屬碳化物或氮化物，即MXenes，集金屬導電性和親水表面的特點于一身。因此可嘗試將此材料投身于電磁干擾屏蔽用途中。

【成果簡介】

韓國科學技術研究院的Faisal Shahzad（通訊作者），德雷賽爾大學的Mohamed Alhabeb和Christine B. Hatter（共同通訊作者）等人證實一些MXenes及其聚合物復合材料在電磁干擾屏蔽上有著潛在的用途。45微米厚的Ti3C2Tx薄膜電磁干擾屏蔽效應可達到92dB，這是迄今所制造的合成材料中屏蔽性能表現的最佳的材料。如此良好的性能則源于Ti3C2Tx薄膜極佳的電導性及在無支撐薄膜中Ti3C2Tx薄片的多重內反射。MXenes及其復合材料因其機械柔和性及易于涂層的能力使其可作為任何形狀的物品的屏蔽層，同時還保全著其高電磁干擾屏蔽性能。

【圖文導讀】

圖1：Ti3C2Tx及Ti3C2Tx-SA復合薄膜的結構圖示

圖2：Ti3C2Tx及Ti3C2Tx-SA復合薄膜形貌與結構表征

（A） 置于過濾器表面上Ti3C2Tx薄片的SEM圖像。

（B-C）分別為50 wt% Ti3C2Tx-SA復合材料和純Ti3C2Tx材料的SEM圖像。

（D）Ti3C2Tx及不同負載下其與SA構成的復合材料的XRD圖譜。

（E-F）分別為80 wt%和30 wt%的Ti3C2Tx-SA復合薄膜的TEM圖像。

圖3：MXene和MXene復合材料的電導性及電磁干擾屏蔽性

（A） Mo2TiC2TX，Mo2Ti2C3TX及Ti3C2TX的電導性。

（B）Ti3C2TX-SA復合材料的電導性，復合材料是在SA基質中填充10-90wt% 的Ti3C2TX制備得到。

（C）厚度在2.5μm下，Mo2TiC2Tx、Mo2Ti2C3Tx、Ti3C2Tx的電磁干擾屏蔽性（EMI SE）。

（D）不同厚度下Ti3C2TX的EMI SE。

（E）厚度在8-9μm間的Ti3C2TX-SA復合材料的EMI SE。

（F）8.2 GHz下，Ti3C2TX和60 wt% 的Ti3C2TX-SA復合材料樣品的總EMI SE（EMI SET），及樣品中的吸收（SEA）和反射（SER）機制。

圖4 ：與之前文獻報道的材料進行EMI SE對比并提出材料可能的屏蔽機制

（A）不同材料厚度與EMI SE間的關系。每種圖標代替著一類材料：Ti3C2TX MXenes（紅星），Ti3C2TX-SA復合材料（紫星），鉬MXenes（綠色實心圓），銅和鋁箔（黑色菱形塊），金屬（藍色菱形塊），石墨烯（空心圓），碳纖維和碳納米管（空心方塊），石墨（黑色實心圓），其他材料（藍色實心圓）。

（B）提出EMI SI機制。入射的電磁波（綠色箭頭）沖擊MXene片表面，因為反射發生在吸收之前，部分電磁波會立即從材料表面反射出，在導電表面產生大量的載流子（淺藍箭頭），由于材料端基處會誘發局部極化，使得吸收的入射波經過MXene結構（藍色虛箭頭）。當低能量的投射波途經下一層MXene薄片時，他們會歷經同樣的過程，引起多重內部反射（黑色虛箭頭），吸收波也同樣如此。每次電磁波穿透MXene片層時，其強度都會大幅度的衰減，最終就可達到完全消減電磁波的目的。

文獻鏈接：Electromagnetic interference shielding with 2D transition metal carbides (MXenes)（Science，2016，DOI：10.1126/science.aag2421）

本文由材料人編輯部電子電工學術組大黑天供稿，材料牛編輯整理。

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