高导电性MXene材料具有优异的电磁波耗散能力。然而，由于高反射率导致的界面阻抗失配限制了基于mxene的电磁波吸收材料的应用。本文演示了一种直接墨水书写(DIW) 3D打印策略，该策略可以构建具有可控栅极结构的轻质刚性MXene/氧化石墨烯气凝胶(SMGAs)，通过操纵阻抗匹配具有可调谐的电磁波吸收特性。值得注意的是，通过精确调制晶栅结构的宽度，SMGAs的最大反射损耗变化值(ΔRL)为- 61.2 dB。SMGAs的有效吸收区(fE)具有连续多波段可调谐性，最宽可调谐区(Δf)为14.05 GHz，可在整个C- (4-8 GHz)、X- (8-12 GHz)和ku – (12-18 GHz)波段连续调谐。重要的是，层次化结构和细丝的有序堆叠使轻质SMGAs (0.024 g cm-3)具有惊人的抗压性，可以承受自身重量的36 000倍而不会出现明显变形。有限元分析进一步表明，分层结构有利于应力扩散。这里开发的策略提供了一种制造可调谐的基于mxene的电磁波吸收器的方法，这种吸收器重量轻，硬度高。
图文简介
基于微晶结构的SMGAs 3D打印制造策略示意图及基于mxene油墨的流变性能。(a) SMGAs的制备示意图。(b) mxene基油墨的表观粘度随剪切速率的函数;插入的光学照片显示了纳米复合油墨的凝胶状态。(c)模拟基于挤压的3D打印过程中油墨粘度的变化。(d)存储模量(G′)和损耗模量(G″)与复合油墨振荡应变的关系，(e)与剪切频率的关系。(f)使用基于mxene的油墨的各种3d打印架构的光学图像。
3d打印SMGA-50%的形貌和化学结构。(a, c)打印细丝宽度和相邻细丝间隙距离的SEM图像，(b, d) c, O, Ti, f对应的EDS图。(e)截面视图的SEM图像。(f, g)细丝的放大SEM图像。(h)不同MXene含量的纯氧化石墨烯和SMGAs的XRD图谱。(i)纯氧化石墨烯、MXene和SMGA-50%的c1s光谱。
3d打印SMGAs的力学性能。(a)轻量化和(b) SMGA-60%-0.4的高刚度特性。不同细胞壁厚度的3d打印(c) SMGA-30%和(d) SMGA-60%的SEM图像。(e)不同间隙的MGAs和3d打印SMGAs的杨氏模量。(f) 100次压缩循环时，压缩应力为10 KPa时MGA-60%和SMGA-60%的杨氏模量。(g) 3d打印SMGAs的杨氏模量远远超过大多数具有相当几何密度的传统体积mxene气凝胶。COMSOL多物理场模拟(h) MGAs大尺寸杂波微观结构和(i, j) SMGAs分层多孔微观结构的应力分布。
SMGAs的电磁波吸收性能
SMGAs多尺度电磁损耗机理示意图
论文信息
原文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.3c00338
通讯作者：南开大学 黄毅
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