浙江
随着可穿戴电子设备、软体机器人和新型伪装技术的飞速发展，进一步促进了对多功能柔性吸波材料的需求。电磁波吸收材料可以通过材料自身的耗散机制将电磁波转换成热能等其他形式的能量，从而耗散电磁波。传统的吸波材料如金属基吸波剂、碳基吸波剂和导电聚合物虽然可以实现对电磁波的有效吸收，但是大多数受限于样品形式和多功能性而无法达到实际应用的需求。因此，发展多功能型的柔性吸波材料具有重要的现实意义和经济价值。
基于此，西北工业大学刘旭庆教授和叶谦副教授提出了一种全新的策略，通过使用聚合物网络框架和具有肖特基异质界面的导电填料共同贡献来制备柔性吸波剂。通过低温水热法用ZnS对Ti3C2Tx进行改性，随后将该复合材料嵌入聚乙烯醇（PVA）和丙烯酰胺（AAm）的共聚物基质中，分散在二元水-甘油溶液中。一方面，Ti3C2Tx和ZnS表面功函数的差异强烈影响异质结构表面的电子转移，从而改变对外部电磁场的响应形式，增强界面极化。另一方面，甘油和水分子之间的相互作用可以限制极性溶剂分子在外部电磁场下的旋转和极化，从而调节凝胶网络的极化损耗。结果表明，Ti3C2Tx/ZnS凝胶的在8.79 GHz下实现了-43.76 dB的最小反射损耗（RLmin），有效吸收带宽（EAB）在可调厚度范围内可以覆盖整个X波段。除吸波性能外，Ti3C2Tx/ZnS 凝胶还具有优异的拉伸强度、防冻性、形状适应性和光热转换能力。该研究以“Schottky Interface Engineering in Ti₃C₂Tₓ/ZnS Organic Hydrogels for High-Performance Multifunctional Flexible Absorbers”为题发表在《Advanced Functional Materials》上。
本文要点
要点一：材料制备和表征
通过低温水热的方法制备了具有肖特基异质界面的Ti3C2Tx/ZnS复合材料，然后在水和甘油的混合溶液体系中，将Ti3C2Tx/ZnS引入到聚乙烯醇和丙烯酰胺组成的共聚物网络中来制备多功能有机水凝胶，相关表征证明合成了Ti3C2Tx/ZnS复合材料。由于水、甘油和聚合物网络之间的强非共价相互作用，在水凝胶的表面出现了褶皱，但是没有明显的空隙，这反映了混合溶剂、聚合物链和填充的材料之间良好的相互兼容性。由于Ti3C2Tx/ZnS的加入导致了交联密度的增加，Ti3C2Tx/ZnS凝胶的拉伸强度和拉伸断裂率分别增加到0.107 GPa和738.4%。此外，由于甘油分子和水分子之间形成了大量的氢键，导致Ti3C2Tx/ZnS凝胶具有优异的抗冻性和可变形性。同时，Ti3C2Tx在近红外光区域具有局部表面等离子体共振作用，因此Ti3C2Tx/ZnS凝胶具有很好的近红外光吸收能力和较高的光热转换效率
要点二：优异的吸波性能
Ti3C2Tx和ZnS之间肖特基异质界面的构筑导致电荷分布不均匀，产生空间电偶极矩。晶格缺陷的存在改变了载流子的传输特性，形成了对电场的快速响应机制，提高了肖特基异质界面的损耗能力。此外，由于甘油和水分子之间的非共价相互作用，在施加电场下会导致电偶极矩和极性分子的旋转或方向的变化，实现对凝胶的分子极化和吸波性能的调节。结果表明，Ti3C2Tx/ZnS凝胶在8.79 GHz时的RLmin达到了-43.76 dB。此外，当厚度在1~5 mm范围内变化时，Ti3C2Tx/ZnS凝胶可以实现99%的电磁波的全波段吸收，表现出更优异的吸波性能。
小结
作者成功制备了含有水和甘油二元溶剂的Ti3C2Tx/ZnS凝胶吸波剂，并研究了Ti3C2Tx/ZnS导电填料和溶液极性对吸波性能的影响，通过DFT计算和电磁波传输理论分析，系统阐述吸波机制。这些发现证明了凝胶从组成、微观结构、介电性能到电磁波吸收性能的全面可控性，并为制备具有多功能性的柔性吸波材料提供了一种可行的方法。
参考文献
Yuhong Cui, Guoliang Ru, Tianyi Zhang, Ke Yang, Shujuan Liu, Weihong Qi, Qian Ye, Xuqing Liu, Feng Zhou. Schottky Interface Engineering in Ti₃C₂Tₓ/ZnS Organic Hydrogels for High-Performance Multifunctional Flexible Absorbers. Adv. Funct. Mater. 2024, 2417346.
文章链接：
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202417346
来源：高分子科学前沿
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