郑州大学等《ACS Nano》：多功能磁性MXene/石墨烯气凝胶，用于高性能电磁波吸收

1、成果简介

对于具有强吸收和宽有效吸收带宽（EAB）的新型电磁波吸收材料，在薄样品厚度和低填充水平下，巧妙的微结构设计和合适的多组分策略仍然是一个挑战。本文，郑州大学 刘春太教授，北京化工大学Hao-Bin Zhang等研究人员在《ACS Nano》期刊发表名为“Multifunctional Magnetic Ti3C2Tx MXene/Graphene Aerogel with Superior Electromagnetic Wave Absorption Performance”的论文，研究通过单向冷冻法和温和的肼蒸汽还原/改性过程，将氧化石墨烯(GO)、Ti₃C₂T_x MXene和Ni纳米链组装在一起，成功合成了一种介电/磁性多元Ni/Mxene/RGO（NiMR-H）气凝胶。

通过结合微观介电/磁性多组分和宏观三维互连排列的蜂窝结构，以及适度还原和N原子掺杂改性，超轻NIMR-H气凝胶（6.45 mg cm⁻³）可以获得超低RL_min为−75.2 dB，最大EAB为7.3 GHz的高EMA性能。NIMR-H气凝胶具有以下优点：

i）气凝胶坚固的宏观泡孔结构可以避免传统微纳米粒子的团聚问题，从而在载体基质中的超低负载（0.64 wt%）下具有高的EMA性能；

ii）相互连接的阵列晶胞结构、温和的肼蒸气还原/改性、多个异质界面以及介电/磁协同效应的集成，使其成为迄今已报道的Mxene基吸波材料中性能最好的EMA材料；

iii）NIMR-H气凝胶的疏水性、弹性、绝热性和阻燃性与出色的吸收能力相结合，

表明其在各种应用环境中具有广阔的应用前景，例如具有极冷和极热过渡的外层空间。

2、图文导读

图1.（a）制备NiMR-H气凝胶的示意图。（b）MXene，Ni纳米链和GO纳米片之间的静电相互作用和氢键作用。（c）Ti 3 C 2 T x MXene，NiMG，NiMR-A和NiMR-H气凝胶（d）NiMR-H气凝胶在N 1s区域的XPS光谱。（e）FT-IR，（f）拉曼光谱和（g）NiMR-H，NiMR-A和NiMG气凝胶的XRD图谱。（h）SEM，照片（插图），（i）TEM，HRTEM（插图）和（j）NiMR-H气凝胶的元素映射图像。

图2. （a）NiMG，（b）NiMR-A和（c）NiMR-H气凝胶的三维RL–f曲线。比较（d）平行，垂直和无序状态的NiMR-H气凝胶与（e）MXene与GO比率不同的NiMR-H气凝胶（NiM-H，NiM3R1-H，NiM2R1-H ，NiM1R2-H，NiM1R3-H和NiR-H分别对应于1：0、3：1、2：1、1：2、1：3和0：1的比率）。（f）不同NiMR-H气凝胶的RL min和EAB max的统计数据。

图3. NiMR-H气凝胶的EMA机理分析

图4.（a）NiMR-H气凝胶上的水滴照片。（b）NiMR-H，NiR-H，NiM-H和NiMR-A气凝胶的WCA图像。（c）NiMR-H气凝胶对各种有机液体的吸收能力（d）EPS，高密度/低密度PU泡沫和NiMR气凝胶的导热率。（e）酒精灯对NiMR-H气凝胶加热的红外热像图（f）测试点的相应温度-时间曲线。（g）NiMR-H气凝胶中温度变化的有限元模拟。（h）NiMR-H气凝胶在20％应变下进行500次循环的循环压缩应力-应变曲线。

3、小结

综上所述，通过单向冷冻法和温和的肼蒸汽还原/改性过程组装氧化石墨烯、Ti3C2Tx和镍纳米链，合成了介电/磁性多组分镍/MXene/RGO气凝胶 (NiMR-H)。这些特性支持了NiMR-H气凝胶在航空航天、隐形武器、电磁防护等方面的潜在应用

导师简介：

刘春太，男，1966年，博士，郑州大学教授，博士生导师。广东省珠江学者讲座教授，江苏省创新团队负责人。1987年本科毕业于北京大学力学系，1993年硕士毕业于西安交通大学工程力学系，2003年在职获得郑州大学材料加工工程专业博士学位，美国Ohio State Univrsity访问学者。目前担任郑州大学橡塑模具国家工程研究中心常务副主任，兼任中国塑料加工工业协会专家委员会委员、全国模具标准化技术委员会委员、全国塑料制品标准化技术委员会委员、《Advanced Composites and Hybrid Science》、《应用力学学报》、《模具工业》、《力学与实践》等杂志编委。

文献：