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电磁干扰（EMI）屏蔽材料具备低电磁（EM）波反射特性，是阻挡电磁辐射和污染的理想材料。为了实现低反射材料的构建，必须采用具备优异电磁波吸收性能的材料。然而，既具备低反射性又具备优异EMI屏蔽性能的材料仍然稀缺，因此需要开发多层结构。本文通过去质子化法制备了聚（对苯二甲酰–2,6–苯并并噁唑）纳米纤维（PNF），将其与MXene和通过原位生长制备的异质结构MXene@Ni结合，形成电磁波吸收层（MXene@Ni/PNF）和电磁波反射层（MXene/PNF）。最终，通过层层冻干法在分层模块设计理念的基础上制备了(MXene@Ni/PNF)–(MXene/PNF)气凝胶。实验表征表明，这些气凝胶能够高效地吸收、反射和再吸收电磁波，有效地消除电磁干扰。当MXene与Ni的质量比为1:6，反射层中MXene的质量分数为80 wt.%时，(MXene@Ni/PNF)–(MXene/PNF)气凝胶表现出优异的EMI屏蔽性能（71 dB）和非常低的反射系数（R = 0.10）。有限元模拟验证了所开发的非对称结构气凝胶能够实现高EMI屏蔽性能与低反射特性。此外，(MXene@Ni/PNF)–(MXene/PNF)气凝胶还展示了卓越的红外伪装能力。
1. 基于非对称结构的MXene/PBO气凝胶，通过层状模块化设计将电磁波吸收层（MXene@Ni/PNF）与电磁波反射层（MXene/PNF）结合，实现了高效的电磁波吸收、反射和再吸收，从而有效屏蔽EMI。2. 通过优化MXene与Ni的质量比，以及MXene在反射层中的比例，成功实现了低反射特性（R = 0.10）与高EMI屏蔽性能（71 dB）的完美平衡，填补了现有材料在这两方面性能兼顾的空白。3. 所制备的气凝胶不仅具备优秀的电磁干扰屏蔽能力，还具备红外伪装能力，这为军事和隐身技术提供了新的应用前景。4. 采用冻干法将不同功能层（吸收层和反射层）结合，形成多层结构，显著提高了气凝胶的整体性能，尤其在电磁波的多次吸收与反射过程中表现出优异的效果。5. 通过将MXene与Ni原位生长结合，形成了异质结构（MXene@Ni），进一步增强了电磁波的吸收性能，同时确保了低反射性和高屏蔽效能的实现。1.层状模块化设计理念为其他功能性材料的研发提供了思路，尤其是在需要兼顾多种物理性能（如电磁波吸收与反射）时，模块化结构能够有效提升材料的整体性能。2. 在电磁干扰屏蔽材料的设计中，低反射特性和高屏蔽性能并非对立的目标，可以通过优化材料结构和组分配比来兼顾这两个方面的需求。3. MXene与Ni原位生长的异质结构增强了材料的电磁波吸收性能，未来可以探索更多异质结构的组合，尤其是在提高材料多功能性方面，异质结构的设计可能会成为重要方向。4. 红外伪装和电磁屏蔽功能的结合为材料的应用拓宽了领域，尤其是在军事、隐身技术等领域，可以考虑将这两种功能集成到同一材料中，提升其多维度的应用价值。5. 冻干技术用于多层结构的组装和优化，不仅提升了材料的物理性能，还可能在其他领域（如药物递送系统、传感器等）得到应用，未来可以进一步探索冻干技术在纳米材料中的多重应用。1. 可以尝试将其他功能性物质（如导电材料、磁性材料等）结合到MXene/PBO气凝胶中，进一步拓宽其在电子、能源存储和传感器等领域的应用。2. 探索如何在大规模制备过程中保持气凝胶的结构稳定性和功能性，特别是在工业化应用中的可行性。3. 除了电磁干扰屏蔽外，未来可以进一步探讨如何利用可持续和环保的原料来替代现有的合成材料，以实现更为绿色环保的功能性材料研发。4. 该研究中的MXene和PBO气凝胶显示出优异的电磁波特性，未来可以将这些材料与其他领域的前沿技术（如人工智能、纳米技术等）结合，开辟新的研究方向。5. 可以在该类气凝胶中加入自愈材料的元素，使其在长时间使用或受损后能恢复功能，进一步增强其在实际应用中的持久性和可靠性。![]()
Asymmetric Structural MXene/PBO Aerogels for High-Performance Electromagnetic Interference Shielding with Ultra-Low Reflection
Adv. Mater. (IF 27.4)
Pub Date : 2024-12-04
DOI : 10.1002/adma.202414085
An Liu, Hua Qiu, Xinghan Lu, Hua Guo, Jinwen Hu, Chaobo Liang, Mukun He, Ze Yu, Yali Zhang, Jie Kong, Junwei Gu
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