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南京郵電大學Qiang Zhao、Jianmin Li團隊聯合南京理工大學Jing Bian團隊--MXene基在有機電解質中電化學調控微波開關器件

日益復雜的電磁（EM）環境需要先進的電可控電磁干擾（EMI）屏蔽材料，以適應不同的 EM 條件。提出了一種基于超薄Ti3C2Tx MXene薄膜的柔性電化學可調諧EMI屏蔽器件。該器件利用Ti3C2Tx在電化學過程中充電狀態和表面化學的轉變，實現了顯著的EMI屏蔽切換。在0.1 V到-1.5 V的電壓驅動下，該器件能夠實現18.9至26.2 dB的可逆屏蔽效果調制。研究還發現，Ti3C2Tx納米片的尺寸對器件的屏蔽調制能力具有重要影響，較小的片徑尺寸能夠提供更高的吸收調制能力，從而使器件具備良好的可設計性。通過與Salisbury屏幕和雙層諧振腔結構結合，該團隊還實現了可調反射抑制比高達32 dB的動態偽裝表面，以及以吸收為主（超過90%）的微波響應開關。該研究為復雜未來環境中的電子保護和主動偽裝提供了有效且多功能的解決方案。

Fig 1. Ti₃C₂T_x 薄膜電極的制備和微波表征。a） Ti₃C₂T_x 薄膜制備過程的示意圖。b）在 X 波段具有不同 R_s 的 Ti₃C₂T_x 薄膜的 EMI SE 值。c）具有不同 R_s 的 Ti₃C₂T_x 薄膜的反射效能（SE_R）和吸收效能（SE_A）值，其中 SE_R 和 SE_A 之和等于總 SE。d）計算 X 波段具有不同 R_s 的 Ti₃C₂T_x 薄膜的反射率、吸收率和透射率。

Fig 2. Ti₃C₂T_x 基電化學開關器件的結構設計和 EMW 響應行為。a）基于平行金屬和 Ti₃C₂T_x 電極的可調諧 EMI 屏蔽器件示意圖。b）制造的可調諧 EMI 屏蔽器件的數字圖像。c）用于可調諧 EMI 屏蔽的電化學驅動過程的示意圖。d）在恒壓條件下，具有不同 R_s 的 Ti₃C₂T_x 電極的 EMI SE 調制范圍。e）循環伏安測試期間 15 Ω sq⁻¹ Ti₃C₂T_x 薄膜電極的實時 EMI SE 與電位的關系。f）在循環伏安法測試期間，15 Ω sq⁻¹ Ti₃C₂T_x 電極提取的 EMW 反射和吸收的原位變化。

Fig 3. S-Ti₃C₂T_x 薄膜的電可調 EMI 屏蔽特性。a） Ti₃C₂T_x 的薄片尺寸隨超聲處理持續時間的變化。b）在恒定電位下 R_s 變化的 S-Ti₃C₂T_x 電極的 EMI SE 最大調制幅度。c） S-Ti₃C₂T_x 薄膜電極的電化學原位 EMI SE 測量。d） S-Ti₃C₂T_x 電極在施加電位下的反射和吸收特性的演變。

Fig 4. Ti₃C₂T_x 在電化學反應過程中可調 EMW 響應的機理研究。a） L-Ti₃C₂T_x 和 S-Ti₃C₂T_x 電極電解質浸潤前后的 XRD 分析。b）電解質滲入 Ti₃C₂T_x 片材的示意圖。c）在 CV 期間由源表測量的原位電阻與電位的關系圖。d）在循環過程中對不同電位的 Ti₃C₂T_x 薄膜進行原位 XRD 分析。e） Ti₃C₂T_x-電解質界面處電化學驅動響應機制的示意圖。

Fig 5. 基于 Ti₃C₂T_x 的可切換 EMW 吸收系統。a） Ti₃C₂T_x 基盾牌與索爾茲伯里屏幕相結合的動態偽裝表面示意圖。b）不同 R_s 的 S-Ti₃C₂T_x 薄膜與 Salisbury 屏幕結合的平均反射和吸收。c） 500 Ω sq^-1 S-Ti₃C₂T_x 基屏蔽層與不同電位的索爾茲伯里屏蔽層相結合的 2D 反射抑制圖，其中彩條表示反射強度。d）兩個基于 Ti₃C₂T_x 的屏蔽層與諧振腔（TCT）相結合，用于吸收 EMI SE 調制的示意圖。e） X 波段初始 SE_R 和 IML、RL 和 TCT 吸收的比較。f） TCT 器件的電位相關 EMI SE 和反射吸收組成。

相關研究工作由南京郵電大學Qiang Zhao、Jianmin Li團隊聯合南京理工大學Jing Bian團隊于2024年在線發表在《Advanced Materials》期刊上，Electrochemically-Switched Microwave Response of MXene in Organic Electrolyte，原文鏈接：https://doi.org/10.1002/adma.202413311

轉自《石墨烯研究》公眾號



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