西北大学创新性研发既防水又抗腐蚀的超薄吸波材料

2024-06-04 14:11:42 作者：高分子科学前沿来源：腐蚀与防护分享至：

在隐身技术、电磁干扰屏蔽和通信系统等领域，高性能电磁波吸收剂的作用至关重要。然而，设计能够最大限度地吸收入射电磁波的高效吸收剂仍是一大挑战。面对这一问题，研究人员一直在积极探索各种新型吸波材料，以期实现吸波性能的有效发挥，并深入揭示其内在的微观损耗机制。

Ti₃C₂T_x-MXene作为一种二维过渡金属材料，因其出色的导电性和丰富的表面官能团，在电磁波吸收领域受到广泛关注。这种新型二维结构有利于延长电磁波的传播路径，从而增加电磁波的吸收效率。但是，MXene的高导电性导致入射在其表面的电磁波大部分反射，这就限制了其在电磁波吸收领域的应用范围。此外，范德华力和氢键作用使MXene容易发生自堆叠和聚集，影响了其稳定性。

针对这些问题，西北大学闫军锋教授课题组采用了一种创新性的插层生长成核方法，结合退火工艺，制备了磁性金属合金原位插层的三明治结构MXene复合物——一种既能防水又抗腐蚀的超薄吸波材料。相关研究成果已于近期发表在Advanced Functional Materials上。

该方法通过静电库伦力在层间首先引入金属离子，之后诱导带有金属元素的络离子有序进入层间与其结合，有效解决了传统插层工艺中遇到的复杂生长条件问题。与MXene相比，通过这种方法制备的最终产物MCFC-69-8从亲水性转变为疏水性，并在中性NaCl条件下（3.5 wt%）表现出更低的腐蚀电流和更高的极化电阻，使其更适合在自然环境中使用。

通过非线性最小二乘拟合、斜率分析和统计分类等一系列数学方法，成功量化了电导损耗和弛豫极化损耗，并对电磁波吸收中的弛豫极化损耗进行了详细的综合分析。结果表明，MCFC-69-8中的弛豫极化损耗占比高达25%。此外，闫军锋课题组还设计了基于MCFC-69-8的超表面结构，实现了2~18 GHz范围内的超宽EAB，特别是在低于-20 dB的有效吸收带宽可达15.8 GHz。

这项研究不仅为实现具有超薄匹配厚度和良好抗腐蚀性能的高性能电磁波吸收材料提供了新策略，还为深入理解MXene复合物的弛豫极化损耗提供了新的视角。