多層二維材料組件提供了大量有利于電磁波吸收的界面。然而，避免團(tuán)聚并實(shí)現(xiàn)逐層有序嵌入仍然具有挑戰(zhàn)性。在這里，基于麥克斯韋-瓦格納效應(yīng)，通過噴霧冷凍干燥和微波輻射構(gòu)建了具有周期性插層結(jié)構(gòu)和明顯界面效應(yīng)的3D還原氧化石墨烯（rGO）/MXene/TiO2/Fe2C輕質(zhì)多孔微球。這種方法通過缺陷引入、多孔骨架、多層組裝和多組分系統(tǒng)增強(qiáng)了界面效應(yīng)，從而產(chǎn)生協(xié)同損失機(jī)制。微球中豐富的 2D/2D/0D/0D 插層異質(zhì)結(jié)提供高密度的極化電荷，同時(shí)產(chǎn)生豐富的極化位點(diǎn)，從而增強(qiáng)界面極化，這一點(diǎn)已通過 CST Microwave Studio 模擬驗(yàn)證。通過精確調(diào)整異質(zhì)結(jié)構(gòu)中的二維納米片插層，偏振損耗和阻抗匹配都顯著改善。在5 wt%的低填充負(fù)載下，偏振損耗率超過70%，并且可以實(shí)現(xiàn)-67.4 dB的最小反射損耗（RLmin）。此外，雷達(dá)截面模擬進(jìn)一步證實(shí)了優(yōu)化后的多孔微球的衰減能力。這些結(jié)果不僅為理解和增強(qiáng)界面效應(yīng)提供了新穎的見解，而且還為實(shí)現(xiàn)基于定制的二維分層架構(gòu)的異質(zhì)界面工程提供了一個(gè)有吸引力的平臺(tái)。
Fig 1. 噴霧冷凍干燥 GO-MXene GMX、微波輻射 GO-MXene GMX-M 和添加二茂鐵的 GMX-MFe 微球的合成示意圖。
Fig 2. 微球形態(tài)：(a1) GMX1、(a2) GMX-M1、(a3) GMX-MFe1、(b1) GMX2、(b2) GMX-M2、(b3) GMX-MFe2、(c1) GMX3、(c2) GMX-M3、(c3) GMX-MFe3、(d1) GMX4、(d2) GMX-M4 和 (d3) GMX-MFe4。插圖是相應(yīng)的元素映射圖像。
Fig 3. a 噴霧冷凍干燥的GMX3、分散的GMX3-D、微波輻射的GMX-M3和添加二茂鐵的GMX-MFe3樣品的XRD圖譜。 b MXene微球MXS、GO微球GOS、微波照射的GOS-M、GMX3、GMX-M3、GMXMFe3的拉曼光譜。 c GMX3、GMX-M3 和 GMX-MFe3 的 XPS 測量光譜。 GMX-MFe3 的高分辨率 XPS 光譜 d Fe 2p 光譜。 GMX3、GMX-M3 和 GMX-MFe3 的 e C 1s 和 f Ti 2p 光譜。
Fig 4. GMX3 的 HRTEM 圖像，以及 MXene 沿紅線（插圖）的層間距。 b 具有不同 GO 與 MXene 比例的 GMX 的 XRD 圖案和層間距值。結(jié)構(gòu)單元示意圖顯示了不同微球的 GO/MXene 比例變化：c1 GMX1 和 GMX-MFe1、c2 GMX2 和 GMX-MFe2、c3 GMX3 和 GMX-MFe3、c4 GMX4 和 GMX-MFe4。 d GMX-MFe3結(jié)構(gòu)單元的TEM圖像。 e TiO2 和 f Fe2C 晶格缺陷的 HRTEM 圖像。
Fig 5. MXene/rGO異質(zhì)界面（MGH）工程模型示意圖。
Fig 6. 功率損耗分布的 CST 模擬，a GM1、b GM2、c GM3、d GM4、e GM3 顆粒、f GM3 顆粒微球。 g GM1-GM4的相對有效異質(zhì)界面面積(EHA)和電荷密度(HCD)。 h 從圖6a-e中白色虛線提取的GM1到GM4的功率損耗密度值。
Fig 7. GMX3、GMX-M3、GMX-MFe系列電磁參數(shù)，包括介電常數(shù)a實(shí)部(ε′)、b虛部(ε′′)、磁導(dǎo)率c實(shí)部(μ′)、d虛部(μ′′) 、e 介電損耗角正切 tan δE 和 f 磁損耗角正切 tan δM。 g GMX3、GMX-M3 和 GMX-MFe 系列的 Cole-Cole 半圓。 h 所有樣品的電導(dǎo)損耗和極化損耗。
Fig 8. a GMX3、b GMX-M3、c GMX-MFe1、d GMX-MFe2、e GMX-MFe3和 f GMX-MFe4 的 3D RL 圖。 g 所有樣品的 RLmin 和 EABmax 值以及相應(yīng)厚度的比較。 h 相關(guān) 3D 石墨烯或/和 MXene 基吸收劑與本工作相比的 EMA 性能雷達(dá)比較圖。
Fig 9. a 不同樣本的衰減常數(shù)α。 b GMX-MFe3 的頻率相關(guān) RL、|Z
in/Z
0| 和 α 值。 |Z
in/Z
0| 的 2D 等高線圖適用于 c GMX3、d GMX-M3、e GMX-MFe1、f GMX-MFe2、g GMX-MFe3 和 h GMX-MFe4。
Fig 10. a 寬帶 RCS 結(jié)果。 b 含有純PEC和涂覆吸收層的PEC復(fù)合材料的RCS模擬曲線。 c PEC 和 d GMX-MFe3 的 3D 雷達(dá)波散射信號(hào)。 e GMX-3 和 f GMX-MFe3 涂層 PEC 板在 8.89 GHz 極坐標(biāo)系中的 RCS。
Fig 11. GMX-MFe微球電磁波吸收機(jī)理示意圖。
相關(guān)研究工作由浙江大學(xué)Faxiang Qin課題組于2023年在線發(fā)表在《Nano-Micro Letters》期刊上，Boosting Interfacial Polarization Through Heterointerface Engineering in MXene/Graphene Intercalated-Based Microspheres for Electromagnetic Wave Absorption。
原文：
https://doi.org/10.1007/s40820-023-01123-4
轉(zhuǎn)自《石墨烯研究》公眾號(hào)
