东华大学：Ti3C2Tx MXene/RGO/CNC复合气凝胶，用于吸收电磁波

成果简介

将可压缩性、弹性和多孔结构融入微波吸收材料将促进电磁波吸收（EMA）并提高实际应用的环境适应性。本文，东华大学胡祖明 研究员在《J ALLOY COMPD》期刊发表名为“Compressible, Elastic and 3D porous Ti3C2Tx MXene/RGO/CNCs composite aerogel for electromagnetic wave absorbing”的论文，研究展示了一种通过定向冷冻法制备Ti3C2Tx MXene/还原氧化石墨烯（RGO）/纤维素纳米晶体（CNCs）气凝胶的策略，以设计三维结构并加强Ti3C2Tx MXene与RGO片层之间的相互作用。定向结构和 CNC 的添加有利于提高结构的稳定性，同时通过形成完美的阻抗匹配和多重极化效应实现优异的吸收性能。

有趣的是，所制备的 MXene/RGO/CNCs (MRC-20) 气凝胶在已报道的 MXene 基吸波材料中具有突出的 EMA 性能，在匹配厚度为2.56mm 时，12.0GHz的最小反射损耗 (RLmin) 为-72.32dB；在1.88mm 时，有效吸波带宽 (EAB) 为4.96GHz，RLmin 为-59.87GHz。此外，通过调整 CNC 的含量，MRC-20气凝胶在70% 压缩应变时显示出最高应力（37.2 kPa），并证明了压缩循环的稳定性。这些有趣的特性使混合气凝胶在众多吸波材料中脱颖而出。

图文导读

图1.（a） MRC气凝胶制备示意图。（b） 气凝胶取向的定义。

图2：（a,b,c,d）MR、MRC-10、MRC-15、MRC-20 气凝胶的俯视图和（e,f,g,h）侧视图；高倍放大下气凝胶细胞壁的层状结构（i,g,h,l）；（m）MRC-20 气凝胶的元素分布图。

图3.（a） MXene、CNC、GO、MRC-10、MRC-15、MRC-20的X射线衍射图。（b）MRC-20和MGC-20气凝胶的XPS光谱，（c）MRC-20的N1s区域和（d）MGC-20，MRC-20和MR气凝胶的C1s区域。

图4. (a) MR、MRC-10、MRC-15 和 MRC-20 气凝胶的三维 RL min 曲线。(b) 不同厚度的复合气凝胶的 RL min 曲线。

图5、 (a)和(b)显示了气凝胶的复介电常数和复磁导率以及 Cole-Cole 图。(c) 电磁波吸收机制和界面极化示意图。

图6：（a）MR、MRC-10、MRC-15、MRC-20 气凝胶的应力-应变曲线。(b) 气凝胶在空气中极好的可逆压缩性。(c) 气凝胶在压缩和释放过程中的变形示意图。

小结

综上所述，通过定向冷冻干燥和肼蒸气处理，成功制备了一种由 MXene/RGO和CNC组成的新型复合气凝胶。交联网络完全通过静电自组装实现。

定向孔隙结构、肼蒸气还原和高温退火使 MRC-20 气凝胶具有超轻、疏水和稳定的力学性能，确保了气凝胶在各种环境下的耐久性。复合气凝胶的压缩弹性和电磁干扰屏蔽性能均优于传统气凝胶。因此，混合气凝胶具有 70% 的可压缩性，可承受20次压缩/释放循环。添加CNC后，MRC-20 气凝胶具有超高的EMA性能，在 12.0 GHz 频率下的 RL 最小值为 -72.32 dB，在厚度为 1.88 mm时的最大EAB为4.96 GHz。MRC-20气凝胶的 EMA 机制可归因于特殊的三维结构、出色的阻抗匹配和多重电磁波散射效应的结合。气凝胶的多功能特性使其有可能在复杂环境中实现高效的电磁波吸收。

文献：

https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2023.172117