二维过渡金属碳化物和氮化物（MXene）有望用于微波吸收（MA）材料。然而，它们也有一些缺点，例如阻抗匹配差、自堆叠倾向性高和密度大。
为了应对这些挑战，东南大学张培根副教授&孙正明教授将MXene纳米片掺入聚丙烯腈（PAN）纳米纤维中，然后通过PAN碳化组装成三维（3D）网络结构，从而得到MXene/C气凝胶。3D网络有效地扩展了微电流传输路径，从而增强了电磁波的导电损耗。此外，气凝胶丰富的孔结构显著改善了阻抗匹配，同时有效降低了MXene基吸收剂的密度。EM参数分析表明，MXene/C气凝胶的最小反射损耗（RLmin）值为-53.02dB（f=4.44GHz，t=3.8mm），有效吸收带宽（EAB）为5.3GHz（t=2.4mm，7.44-12.72GHz）。采用雷达截面（RCS）模拟来评估气凝胶的雷达隐身效果，结果表明，MXene/C气凝胶覆盖的完全导电体的最大RCS降低值达到12.02dB m2。除了MA性能外，MXene/C气凝胶还表现出良好的隔热性能，5mm厚的气凝胶在82℃时可产生超过30℃的温度梯度。本研究为创建轻质、高效、多功能的MXene基MA材料提供了一种可行的设计方法。
图1.MXene/C气凝胶的制备示意图
图2.a）立在雄蕊上的MXene/C气凝胶的数字图像。b）所制备的样品的XRD图谱和放大图。c）CNF和MC-1气凝胶的拉曼光谱。d）MXene和MC-1气凝胶的XPS光谱
图3.a）MC-1、b）MC-2和c）MC-3气凝胶的SEM图像。d）MXene/C气凝胶的TEM图像，以及e,f）元素映射图像。g）MC-1气凝胶的HRTEM图像
图4.a）应力-应变曲线。b）MXene/C纳米纤维对外部应力的响应机制示意图。c）不同应变下的电流响应。d）应力下电流的同步响应。e）线性灵敏度，工作压力范围为0-15.19kPa
图5.MXene/C气凝胶RL值的3D表示：a）MC-1、b）MC-2和c）MC-3。MXene/C气凝胶RL值的2D表示：d）MC-1、e）MC-2和f）MC-3。g）各种相关材料的MA性能比较。MXene/C气凝胶的h）Cole-Cole半圆和i）衰减常数
图6.RL-频率曲线：a）MC-1、b）MC-2和c）MC-3。模拟厚度与峰值频率的关系：d）MC-1、e）MC-2和f）MC-3。|Zin/Z0|与频率的关系：g）MC-1、h）MC-2和i）MC-3。MXene/C气凝胶Z值的2D表示：j）MC-1、k）MC-2和l）MC-3
图7.MXene/C气凝胶的MA机制示意图
图8.a）PEC、b）MC-1/PEC、c）MC-2/PEC和d）MC-3/PEC的CST模拟结果。e）PEC和MXene/C气凝胶在-60°至60°散射角下的模拟RCS曲线。f）MC-1/PEC、MC-2/PEC和MC-3/PEC的RCS降低值
图9.a-g）从0到30分钟每隔5分钟拍摄MC-3的热红外图像。h）气凝胶在82℃热板上的表面温度变化曲线。i）放置在手上的MC-3的热红外图像
该工作以“Multifunctional MXene/C Aerogels for Enhanced Microwave Absorption and Thermal Insulation”为题发表在《Nano-Micro Letters》（DOI:10.1007/s40820-023-01158-7）上。
论文链接：https://doi.org/10.1007/s40820-023-01158-7
