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，避免團聚并實現逐層有序嵌入仍然具有挑戰性。在這里，基于麥克斯韋-瓦格納效應，通過噴霧冷凍干燥和微波輻射構建了具有周期性插層結構和明顯界面效應的3D還原氧化石墨烯（rGO）/MXene/TiO2/Fe2C輕質多孔微球。這種方法通過缺陷引入、多孔骨架、多層組裝和多組分系統增強了界面效應，從而產生協同損失機制。微球中豐富的 2D/2D/0D/0D 插層異質結提供高密度的極化電荷，同時產生豐富的極化位點，從而增強界面極化，這一點已通過 CST Microwave Studio 模擬驗證。通過精確調整異質結構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%的低填充負載下，偏振損耗率超過70%，并且可以實現-67.4 dB的最小反射損耗（RLmin）。此外，雷達截面模擬進一步證實了優化后的多孔微球的衰減能力。這些結果不僅為理解和增強界面效應提供了新穎的見解，而且還為實現基于定制的二維分層架構的異質界面工程提供了一個有吸引力的平臺。
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：(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。結構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結構單元的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，包括介電常數a實部(ε′)、b虛部(ε′′)、磁導率c實部(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 值以及相應厚度的比較。 h 相關 3D 石墨烯或/和 MXene 基吸收劑與本工作相比的 EMA 性能雷達比較圖。
Fig 9. a 不同樣本的衰減常數α。 b GMX-MFe3 的頻率相關 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 結果。 b 含有純PEC和涂覆吸收層的PEC復合材料的RCS模擬曲線。 c PEC 和 d GMX-MFe3 的 3D 雷達波散射信號。 e GMX-3 和 f GMX-MFe3 涂層 PEC 板在 8.89 GHz 極坐標系中的 RCS。
Fig 11. GMX-MFe微球電磁波吸收機理示意圖。
相關研究工作由浙江大學Faxiang Qin課題組于2023年在線發表在《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
轉自《石墨烯研究》公眾號
