近日，我校與中國科學(xué)院金屬研究所、沈陽自動化研究所合作，聯(lián)合培養(yǎng)的碩士生李同輝同學(xué)通過設(shè)計磁性納米顆粒負(fù)載層狀Ti3C2Tx的新策略，首次提出電子散射的電磁波吸收機(jī)理，實(shí)現(xiàn)了太赫茲頻段的超寬帶電磁波吸收，為更深入理解MXene基復(fù)合材料在太赫茲頻段的吸收特性提供了新思路，未來將在電磁波吸收和6G無線通信中的應(yīng)用發(fā)揮重要作用。其相關(guān)研究成果以“Ultra-wide band electromagnetic wave absorption by decorating the magnetic particles on two-dimensional Ti3C2Tx”為題發(fā)表在中國科學(xué)院一區(qū)TOP期刊《Rare Metals》上。2023-2024年度影響因子為9.6，為中國科技期刊卓越行動計劃領(lǐng)軍期刊。我校為第一署名單位，本文通訊作者為沈陽理工大學(xué)沈龍海教授、中國科學(xué)院金屬研究所馬嵩研究員和中國科學(xué)院沈陽自動化研究所祁峰研究員。該工作得到了國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目和國家重點(diǎn)研發(fā)計劃項(xiàng)目的資助。
MXene由于其豐富的表面基團(tuán)和獨(dú)特的層狀結(jié)構(gòu)，已成為一種特殊的電磁波吸收材料。Ti3C2Tx 作為最早被合成的MXene材料得到廣泛的關(guān)注，它是將Ti3AlC2中的Al層元素刻蝕得到，具有易于制備，產(chǎn)量高等優(yōu)點(diǎn)。但由于其表面電導(dǎo)率高，對電磁波反散具有增強(qiáng)作用，從而導(dǎo)致其吸波能力較弱，制約了其在吸波的應(yīng)用。通過腐蝕去掉Al原子層后， Ti3C2Tx的層狀結(jié)構(gòu)具有豐富的表面位點(diǎn)，為負(fù)載磁性納米顆粒提供了可能。
利用這一優(yōu)點(diǎn)，引入磁性納米顆粒，制備出磁-介電復(fù)合材料，將改善Ti3C2Tx對電磁波的吸收能力。期間，沈龍海教授帶領(lǐng)李同輝等，通過原位蝕刻和水熱技術(shù)實(shí)現(xiàn)了一種將磁性FeNi納米顆粒負(fù)載到層狀結(jié)構(gòu)Ti3C2Tx/MXene上的合成策略。制備出不同F(xiàn)eNi含量的FeNi-Ti3C2Tx/MXene復(fù)合材料。發(fā)現(xiàn)隨著FeNi含量的增加，對THz頻段電磁波的吸收率逐漸提高，當(dāng)FeNi負(fù)載量達(dá)到30 wt%時，吸收率可達(dá)75%。通過結(jié)構(gòu)分析發(fā)現(xiàn)，復(fù)合材料的太赫茲吸收性能提升的主要原因是在Ti3C2Tx/MXene表面引入磁性FeNi納米顆粒后，磁性顆粒對Ti3C2Tx表面自由電子具有局域化作用，從而降低其表面電導(dǎo)率，提高材料本身的電磁匹配能力。本研究為開發(fā)MXene基復(fù)合材料在太赫茲頻段下的吸收提供了新見解。（文/圖 李同輝 雒春生）
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