MXene材料的结构、性能及在电磁屏蔽领域的应用

MXene是一类具有二维层状结构的过渡金属族碳化物或氮化物,由于具有独特的层状结构、优异的导电性、可调节的活性表面和优异的机械强度,其在二维材料中备受瞩目,并在各领域中都具有很大的应用潜力,特别是用于微波吸收(MA)和电磁干扰(EMI)屏蔽.本文从MXene材料的典型结构、性能和主要的合成策略出发,综述和分析了近年来关于MXene材料在电磁屏蔽和吸波领域的研究现状,剖析了其在应用过程中面临的主要问题和进一步发展的瓶颈,最后对MXene材料的发展前景进行了展望.     

MOF类衍生材料在电磁吸波领域的研究进展

随着电子通讯设备的快速发展,电磁污染问题日益突出,电磁波吸收材料受到广泛关注。金属有机框架(MOF)衍生材料是一种新型吸波材料,具有合成工艺简单,生产成本低,热稳定性好,比表面积大,孔隙率高等优点,并且衍生的多孔碳/磁性金属颗粒复合材料克服了磁性颗粒分散不均匀等特点,因此在吸波领域广受关注。详细介绍了MOF类衍生材料作为吸波材料的优势以及吸波机理,总结了近几年MOF衍生吸波材料的研究进展,并对未来的发展前景进行了展望。     

石墨烯基吸波材料的研究进展

诸如铁氧体、磁性金属粒子及其合金等传统吸波材料,密度大、环境稳定性差、对电磁波的吸收弱以及吸收频带窄的缺陷限制了其在吸波领域的应用,而石墨烯因其较高的机械强度、较小的密度以及优异的介电性能受到了吸波材料领域众多学者的关注;但由于石墨烯的阻抗匹配性能较差,损耗机制比较单一,导致其吸波性能较差,因此,研究人员通常将石墨烯与其他介电损耗型或者磁损耗型材料复合来增强其吸波性能,此外对吸波剂的结构进行合理的设计也是增强其吸波性能的有效途径。结合国内外的发展状况,对石墨烯基吸波材料的制备以及性能研究做了综述性介绍,并展望了未来石墨烯基吸波材料的发展方向。     

电磁屏蔽与吸波材料研究进展

分析了电磁屏蔽与吸波材料的工作原理,综述了电磁屏蔽材料与吸波材料国内外研究进展与应用.     

石墨烯复合吸波材料的研究进展及未来发展方向

吸波材料是解决电磁波辐射污染的有效手段和影响雷达隐身的关键因素,该材料的研究对军用和民用都具有非常重要的意义,因此它一直是各国尖端科技的重要研究方向之一。自石墨烯被首次发现,学术界便掀起了对二维材料的研究热潮,相关学者开展了各类型石墨烯复合材料的研究,且在吸波领域的理论研究和新型吸波材料的开发取得了突出成果,短短几年时间内,石墨烯已经成为了新型复合吸波材料的研究热点。相比铁氧体、炭黑等传统吸波材料,石墨烯应用于吸波材料具有以下优势:(1)独特的二维材料性质、巨大的性能可调控工作表面;(2)良好的导电性以及特殊的边界效应。然而,单纯以石墨烯作为吸波剂的吸波材料,其性能测试结果与预期值存在显著差距,无法实现开发一种新型轻质、高效吸波材料的预期目标。因此,近三年来石墨烯复合吸波材料的研究重点主要集中在石墨烯二维结构的吸波机理和石墨烯/磁损耗型复合吸波材料的制备,研究者主要从选择合适的磁性纳米成分和优化制备工艺方面不断探索,并取得了丰硕的成果,深度挖掘出石墨烯对电磁波的潜在吸波性能。目前,通过优化石墨烯复合吸波材料组分已基本可以实现2～18 GHz频段范围内反射率小于-10 dB。对于石墨烯电磁波吸收机理的研究,主要依托其二维结构,应用密度泛函理论和原子-键电负性均衡理论模型来探索本征石墨烯和掺杂石墨烯的构型;在较高性能的石墨烯复合吸波材料制备过程中已取得成功应用的磁性纳米成分包括四氧化三铁、铁酸镍、硫化镉等。其中,以四氧化三铁、氧化铁为代表的铁氧体应用得最早;随着共沉淀法、溶剂热法等制备方法的不断成熟,各类新型磁性纳米颗粒可以与石墨烯复合,使之兼具磁损耗和电损耗能。近两年,相关学者将超材料的思想引入石墨烯复合吸波材料的研发中,以结构设计为手段,实现了新型透明石墨烯复合吸波材料的制备。此外,由于石墨烯自身的功能特性,石墨烯复合吸波材料大多也具有高效的热传导性能和良好的结构强度,可以实现材料的结构功能一体化。本文归纳总结了石墨烯复合吸波材料的研究历程和最新研究进展,介绍了石墨烯复合吸波材料的二维结构吸波机理、磁性掺杂成分的选择、大尺寸材料的制备工艺,分析了石墨烯复合吸波材料亟需解决的问题并展望其未来发展前景,以期为制备"宽薄轻强"的新型石墨烯复合吸波材料提供参考。     

电磁屏蔽与吸波材料

首先阐述了电磁屏蔽材料与吸波材料研究的重要意义，分析了电磁屏蔽与吸波材料的工作原理，综述了电磁屏蔽材料与吸波材料的种类及其性能，最后指出了其研究方向。     

石墨烯基复合吸波材料的研究进展

石墨烯由于其独特的物理和化学性能,在吸波领域备受瞩目,成为吸波材料研究的一大热点。综述了石墨烯／磁性纳米颗粒复合吸波材料、石墨烯／导电聚合物复合吸波材料及石墨烯／纳米金属或金属氧（硫）化物复合吸波材料在吸波领域的应用研究现状,并展望了石墨烯基复合吸波材料未来的发展方向。     

MXene的功能化改性及其应用研究进展

MXene是一类新型的具有类石墨烯结构的二维材料,由过渡金属碳化物、氮化物或碳氮化物构成。MXene具有优异的物理化学性质,如较大的比表面积、良好的导电性、优异的催化性、优良的自润滑性能、丰富的表面官能团等,在多个领域展现出广阔的潜在应用前景。本文针对MXene片层易叠加及其与聚合物基体相容性较差等问题,对MXene表面功能化改性的研究进展进行了综述,包括有机物、无机物、有机-无机杂化改性等,并总结了其在储能、催化和摩擦学等领域的应用研究,展望了其未来的研究方向和发展前景。     

电磁屏蔽机理及涂敷/结构型吸波复合材料研究进展

电子产品和通讯技术快速发展造成的电磁污染日益严重,既危害人体健康和仪器仪表精度,又会造成信息泄露、失去安全保障等.因此,电磁屏蔽技术为直接有效的防控措施之一,通过衰减甚至完全消除电磁波来阻止电磁波的传递.电磁屏蔽机理包括电磁波反射和电磁波吸收两个方面,科学地设计制备出高性能的吸波复合材料已成为研究的热点问题之一.研究结果表明,电磁波衰减不仅需要吸波材料自身较好的电磁损耗性能,更需电磁波能够基于自由空间与基体材料间具有阻抗匹配特性,有效进入吸波材料内部,使电磁波能被吸波剂高效吸收.通常,按照制备工艺划分,吸波复合材料可分为涂敷型和结构型吸波复合材料两大类.前者是将吸波剂与涂料、粘合剂等充分混合后涂敷于元件表面作为吸波涂层,而后者则是以吸波剂作为功能载体,具有优良物理化学特性的材料作为基体,并与功能载体产生协同或增强作用的新型吸波复合材料.本文通过对电磁屏蔽理论及吸波材料的本征特性进行系统的总结归纳,并基于相关理论基础对涂敷/结构型吸波复合材料进行简要综述,对比不同类型吸波材料的吸波性能,探讨涂敷/结构型吸波复合材料未来发展的制约因素及今后发展前景,为开发新型吸波复合材料提供理论支撑和研究思路.     

Enhanced THz absorption of graphene cavity-based electromagnetic metamaterial structures

ABSTRACT

We investigate THz absorption characteristics of graphene cavity-based electromagnetic metamaterial structures by using the conductivity characteristic matrix method. We demonstrate that the proposed structure can obtain ideal terahertz absorption due to the strong localization of photons in the defect layer of the electromagnetic metamaterial structure. The THz absorption can be continuously adjusted from 0% to 100% by controlling the chemical potential of graphene through a gate voltage. The maximum THz absorption value can be tailored by adjusting the incident angle or the period number of the two PCs with respect to the graphene layer. The position of the THz absorption peak can be adjusted by changing the thickness ratio of the layers constituting the electromagnetic metamaterial structure. Our proposal may have potentially important applications in photodetectors, saturable absorbers, and photovoltaics.     

新型二维纳米材料MXene的制备及在储能领域的应用进展

二维过渡金属碳(氮)化物(MXene)作为一类新型二维纳米材料,自2011年发现以来,由于其优异的物理化学性能得到了广泛研究。MXene除具有传统二维材料的优异性能外,其高的导电性、良好的润滑性及电磁性等特殊性能,已被广泛地应用于能量存储、催化、润滑、电磁屏蔽、传感器、水净化等领域,并取得了一定的效果和进展。本文综述了近年来国内外关于MXene材料的最新研究现状,归纳总结了MXene的结构、性能和制备方法,以及在锂离子电池、超级电容器等领域的相关成果,指出了目前研究存在的短板,并展望了未来的研究方向。     

Facile synthesis and wide-band electromagnetic wave absorption properties of carbon-coated ZnO nanorods

In this work, a facile and scalable acetylene decomposition method was employed to synthesize carbon-coated ZnO (ZnO@C) nanorods. The characterization of morphology and structure analysis demonstrate that ZnO nanorod was well coated by an amorphous carbon shell with a thickness of about 20 nm. Comparted with ZnO, ZnO@C exhibit significantly enhanced microwave absorption properties. The effective absorption bandwidth with RL values exceeding –10 dB can reach 5.3 GHz for ZnO@C with a matching thickness of 2.5 mm. The excellent microwave absorption arose from enhanced dielectric loss caused by interfacial polarization, dipole polarization and the formation of conductive network.     

碳基材料吸波性能研究进展

随着雷达探测技术的迅猛发展和电磁波辐射污染的日益加剧,新型吸波材料的研究和开发成为各国研究的热点。单一吸收剂存在吸波频带窄和吸收强度低等缺点,无法满足新型吸波材料频带宽、厚度薄、质量轻、吸收强的要求。碳材料具有密度低和吸波性能好等优点,通过与其他吸收剂的双组分、多组分复合,或对复合材料的微观结构进行设计,碳系复合材料表现出优异的吸波性能。简要介绍了吸波材料的工作机理,然后分别从炭黑、碳纤维、碳纳米管、石墨烯和其他碳系材料等5个方面综述了碳系材料在电磁波吸收中的应用和发展,归纳了碳系材料吸波性能的最新研究进展,最后提出了当前研究中存在的不足并明确了研究方向。     

Functional Tailoring of Multi-Dimensional Pure MXene Nanostructures for Significantly Accelerated Electromagnetic Wave Absorption

Transition metal carbide (Ti₃C₂T_x MXene), with a large specific surface area and abundant surface functional groups, is a promising candidate in the family of electromagnetic wave (EMW) absorption. However, the high conductivity of MXene limits its EMW absorption ability, so it remains a challenge to obtain outstanding EMW attenuation ability in pure MXene. Herein, by integrating HF etching, KOH shearing, and high-temperature molten salt strategies, layered MXene (L-MXene), network-like MXene nanoribbons (N-MXene NRs), porous MXene monolayer (P-MXene ML), and porous MXene layer (P-MXene L) are rationally constructed with favorable microstructures and surface states for EMW absorption. HF, KOH, and KCl/LiCl are used to functionalize MXene to tune its microstructure and surface state (F⁻, OH⁻, and Cl⁻ terminals), thereby improving the EMW absorption capacity of MXene-based nanostructures. Impressively, with the unique structure, proper electrical conductivity, large specific surface area, and abundant porous defects, MXene-based nanostructures achieve good impedance matching, dipole polarization, and conduction loss, thus inheriting excellent EMW absorption performance. Consequently, L-MXene, N-MXene NRs, P-MXene ML, and P-MXene L enable a reflection loss (R_L) value of −43.14, −63.01, −60.45, and −56.50 dB with a matching thickness of 0.95, 1.51, 3.83, and 4.65 mm, respectively.     

石墨烯及其衍生物掺配水泥基材料研究进展

石墨烯及其衍生物因其独特的结构及优异的性能在改善基水泥材料的抗拉强度、韧性、耐久性及赋予水泥基材料功能性等方面表现出良好的应用前景.本文简述了石墨烯、氧化石墨烯(GO)的结构特点及性能,归纳了各自的制备方法;对石墨烯及其衍生物在水泥基材料中的分散进行了综述;重点综述了石墨烯及其衍生物掺配水泥基材料的力学性能、流变性能、...     

Electromagnetic Shielding of Monolayer MXene Assemblies

Miniaturization of electronics demands electromagnetic interference (EMI) shielding of nanoscale dimension. The authors report a systematic exploration of EMI shielding behavior of 2D Ti₃C₂T_x MXene assembled films over a broad range of film thicknesses, monolayer by monolayer. Theoretical models are used to explain the shielding mechanism below skin depth, where multiple reflection becomes significant, along with the surface reflection and bulk absorption of electromagnetic radiation. While a monolayer assembled film offers ≈20% shielding of electromagnetic waves, a 24-layer film of ≈55 nm thickness demonstrates 99% shielding (20 dB), revealing an extraordinarily large absolute shielding effectiveness (3.89 × 10⁶ dB cm² g⁻¹). This remarkable performance of nanometer-thin solution processable MXene proposes a paradigm shift in shielding of lightweight, portable, and compact next-generation electronic devices.     

二维MXene材料在超级电容应用的研究进展

二维过渡金属碳/氮化物(MXene)具有类石墨烯的结构,微观上呈现片层状和多种表面基团,因此具有良好的导电性、离子传输和高亲水性能,并且成为超级电容器的理想电极材料。但MXene层与层容易坍塌、堆叠与官能团的存在,不利于作为电极材料的性能。通过热处理、离子插层和与碳复合等方法提高其电化学性能拥有巨大的应用前景。首先总结了MXene材料的制备方法,然后概述了表面改性和结构优化等对MXene超级电容器的电化学性能的影响,展望了MXene材料在超级电容器上的研究前景。     

基于MXene的电化学传感研究进展EI北大核心CSCD

MXene是一种早期过渡金属碳化物、氮化物或碳氮化物组成的二维(2D)层状材料。由于MXene具有独特的层状形态、高电导率、高比表面积、优异的亲水性和良好的热稳定性等特性,在物理、化学和纳米技术领域具有广阔的应用前景,可应用于催化、储能和传感器等多种科学领域。本文主要综述基于MXene的电化学传感器的研究进展,介绍电化学传感器的原理、构成,传感界面修饰和MXene制备方法,着重讨论MXene在电化学酶传感器、电化学非酶传感器、电化学免疫传感器、电化学适体传感器和电化学分子印迹传感器方面的研究进展,指出MXene电化学传感领域工业化和商业化利用不足、新种类MXene开发的挑战,对其在各类分析物检测、更多潜在领域的应用进行展望。