西北工业大学李贺军院士团队Adv. Funct. Mater.综述：基于石墨烯与MXene的高性能GHz波段吸波纳米材料研究进展

【引言】

石墨烯和MXene因其特有结构和优异性质，在高性能微波吸收（MA）纳米材料制备中得到广泛引用。一方面，石墨烯和MXene共有的大宽厚比、高活性化学表面和多样的合成工艺等特点使其在制备诸如轻质组装体和各类纳米杂化体等高效MA结构中独占鳌头。另一方面，二者在结构和性能上的差异（如电导率差异）导致其在具体的MA纳米材料设计与制备策略、应用性能上表现出独特性。

【成果简介】

近日，西北工业大学材料学院李贺军院士团队介绍了不同类型的石墨烯、MXene微波吸收（MA）纳米材料研究的最新进展，包括它们的单体材料、三维组装体及其介电-磁性异质掺杂杂交体等。基于上述MA纳米材料的制备比较与性能分析，讨论了高效MA制备的可行策略，并展望了石墨烯、MXene吸波纳米材料未来研究的机遇和挑战。相关工作以题为“Graphene and MXene Nanomaterials: Toward High-Performance Electromagnetic Wave Absorption in Gigahertz Band Range”发表在了Adv. Funct. Mater.上。该文章以宋强研究员、叶昉副教授和李贺军院士为共同通讯作者。

 【图文导读】

图1 基于石墨烯和MXene制备高性能MA材料的优势和主要策略

图2 石墨烯和MXene的主要电磁损耗机制以及界面极化损耗机制的实验观察与新应用

图3 不同RGO吸收体的介电常数

图4 多孔茧状RGO的制备过程和MA机理的示意图

图5 宽频吸波MWCNT/RGO杂化泡沫的制备过程示意图

图6 富原子边界石墨烯的电磁吸波应用

图7 CNT/RGO杂化物的结构表征

图8 石墨烯/ZnO杂化材料的MA性能表征

图9 具备强界面极化损耗的PANI/RGO气凝胶MA材料及其性能

图10 具备强界面极化损耗的石墨烯/薄膜状氧化物颗粒杂化MA材料

图11 具备强界面极化损耗的石墨烯-BN杂交MA材料的制备及性能

图12 RGO/Fe₃O₄团簇的MA性能

图13 多元杂化FeNi@NC/NCNT/N-RGO的制备及性能

图14 Ti₃C₂T_x复合材料的微波吸收特性

图15 MXene/Ni混合物的制备与性能

图16 Ni@MXene混合物的制备与性能

图17 NiO＆TiO₂@C颗粒的结构表征和MA机制示意图

【小结】

近年来，石墨烯和MXene成为高性能MA材料制备与应用研究的核心热点。足够强的损耗能力和良好的阻抗匹配是实现吸波材料“薄、轻、宽、强”目标的重要原则。一方面，石墨烯和MXene在形貌和表面化学性质上具有相似性，使其在制备高性能MA材料上具有相似策略，例如介电-磁损耗协同的杂化结构。另一方面，石墨烯和MXene之间结构和电性能的内在差异，导致其MA材料的合成和应用呈现出明显差别。就结构而言，石墨烯比MXene具有更好的高温稳定性，而MXene纳米片在高温下会发生层间分层和相变，导致其介电性能的变化。因此，在开发高温应用介电吸收体时，石墨烯比MXene具有优势。然而，温度诱导的MXene结构转变却为基于温度处理制备高性能杂化MA材料开辟了新途径。

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

本文由木文韬翻译编辑。

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