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随着电子设备和无线通信技术的不断进步，电磁波（EMW）在人们的日常生活中无处不在。EMW的发展给人类的生活带来了极大的便利，但其辐射和污染问题日益严重，困扰着人类的身心健康，影响着精密电子设备的正常运行。此外，军用雷达探测技术也在迅速发展。因此，对EMW吸收材料的研究就显得尤为重要。然而，随着近年来EMW吸收器的快速发展和环境的日益恶劣，对能够满足多场景使用和多功能要求的材料提出了更高的要求。
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近日，景德镇陶瓷大学曾小军教授团队在期刊《Chemical Engineering Journal》上，发表了最新研究成果“Assembly of SiO2@MXene spheres in PCN/Fe3C nanofibers with multifunctional electromagnetic wave absorption”。研究者通过静电纺丝和热处理工艺，制备出疏水、轻质、柔性、导热和雷达隐身的聚丙烯腈(PAN)纳米纤维膜。与传统的电磁波吸收剂相比，所得PCN/SiO2@MXene/Fe3C纤维膜表现出更高的环境适应性。
此外，轻质PCN/SiO2@MXene/Fe3C纤维膜具有优异的EMW吸收特性约为-71.14 dB，优于碳材料和大多数合成EMW吸收材料。优异的EMW吸收性能归因于SiO2/MXene、PCN/MXene、PCN/CNTs、Fe3C/CNTs的非均相界面和PCN纤维膜中有利的多孔结构。此外，所得PCN/SiO2@MXene/Fe3C纤维膜显示出较好的机械强度和优异的柔韧性。聚合物PCN/SiO2@MXene/Fe3C纤维膜在智能便携式和可穿戴电子设备中具有潜在的应用前景。
图1：PCN/SiO2@MXene/Fe3C纳米纤维膜的制备和形貌。
通过静电纺丝技术和后处理工艺制备PCN/SiO2@MXene/Fe3C纤维膜。如图1b所示，MXene纳米片被很好地组装在SiO2球表面。随后，在含有C15H21FeO6和Zn(NO3)2⋅6H2O的纺丝溶液中加入SiO2@MXene小球体，以DMF为有机溶剂制备PAN复合纤维。然后，纳米纤维在空气环境中预氧化以稳定其结构。最后，以三聚氰胺为碳源，在800 ℃ N2流下催化PAN纤维表面原位生长碳纳米管（CNTs）。如图1c所示，纯PCN纳米纤维的直径是均匀的，这些纳米纤维形成三维网络结构。从图1d和图1e可以看出，SiO2@MXene球嵌入到PCN纳米纤维内部，形成周期节点的结构单元。煅烧后，CNTs在PCN纳米纤维表面生长。这种特殊的结构有利于促进强界面极化的形成，提高介质损耗，提高EMW的吸收。
图2：PCN/SiO2@MXene/Fe3C纳米纤维膜的EMW吸收性能。
如图2a所示，由于多重极化和电导损耗，纤维膜具有优异的EMW吸收性能。此外，纤维膜表现出良好的阻抗匹配和衰减能力。因此，具有最佳介电性能的PCN/SiO2@MXene/Fe3C纳米纤维膜显示出最优的反射损耗（RL）值约为-71.14 dB。根据之前的报道，制备的PCN/SiO2@MXene/Fe3C纳米纤维膜的RL值为-71.14 dB。
图3：制备的PCN/SiO2@MXene/Fe3C纳米纤维膜的机械、柔性和轻质特性。
此外，制备的PCN/SiO2@MXene/Fe3C纳米纤维膜在变形下表现出良好的机械性能和优异的稳定性，展现出其优异的柔韧性。优异的机械、柔韧和轻质特性能使聚合物PCN/SiO2@MXene/Fe3C纳米纤维膜的潜在应用成为下一代柔性电子产品的高性能EMW吸收材料。因此，轻质和柔性电纺聚合物PCN/SiO2@MXene/Fe3C纳米纤维膜具有卓越的EMW吸收性能，在航空航天，国防，智能和可穿戴电子产品等众多领域具有潜在的应用前景。
论文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pill/S1385894724100113?dgcid=author
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曾小军，博导，教授，江西省主要学科学术和技术带头人，景德镇陶瓷大学先进陶瓷材料研究所副所长，电磁功能材料科研创新团队负责人。北京航空航天大学博士，美国加州大学河滨分校联合培养博士，美国加州大学圣塔芭芭拉分校博士后，复旦大学访问学者。连续入选爱思唯尔数据库2022年-2024年度《全球前2％顶尖科学家榜单》，荣膺全国创新创业优秀博士后、第二十二届“瓷都十大杰出青年”、2022年景德镇市“最美科技工作者”等称号。兼任SCI期刊《J. Adv. Ceram.》编委、《Rare Metals》青年编委，ESCI期刊《Energy Materials》、《Soft Science》青年编委，中文核心期刊《陶瓷学报》青年编委，期刊《材料研究与应用》副主任编委，中国硅酸协会搪瓷分会理事，中国复合材料学会电磁复合材料分会委员，中国硅酸盐学会建筑卫生陶瓷专业委员会委员。主要研究方向包括电磁功能材料（吸波、屏蔽）以及能源催化材料（电催化水解、燃料电池、超级电容器）。先后主持国家自然科学基金、江西省自然科学基金和景德镇市陶瓷产业重大攻关项目。近年来，以第一/通讯作者发表论文80余篇，其中，SCI论文70余篇，其中高被引论文9篇，封面论文6篇，总引用次数4000余次。
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