張恒宇 ， 陳劍英，肖 紅 ，王 妮

(1. 東華大學(xué) 紡織學(xué)院， 上海 201620 ；2. 軍事科學(xué)院系統(tǒng)工程研究院 軍需工程技術(shù)研究所， 北京 100010)

0 引 言

電磁干擾給人們身體健康和環(huán)境安全帶來(lái)的危害驅(qū)動(dòng)人們對(duì)電磁屏蔽及吸波材料的研發(fā)。電磁屏蔽材料是通過(guò)自由電子對(duì)電磁波的大量反射實(shí)現(xiàn)屏蔽，但不可避免的引起二次污染[1]，而吸波材料是依靠材料與自由空間阻抗的良好匹配和較強(qiáng)的衰減特性將電磁波能量轉(zhuǎn)換為熱能或其他形式能以達(dá)到吸收電磁波的目的，較為安全可靠。為解決羰基鐵、羰基鈷、鐵氧體等磁損耗型吸波材料較為厚重且易腐蝕，聚吡咯、聚苯胺等導(dǎo)電聚合物不易分散、導(dǎo)電性不夠高等問(wèn)題，近年來(lái)的研究重點(diǎn)偏向于石墨烯、碳納米管、導(dǎo)電炭黑等碳系材料[2]，特別對(duì)于石墨烯以及類石墨烯結(jié)構(gòu)的二維過(guò)渡金屬碳/氮化合物(MXene)的研究尤為火熱。

石墨烯(Graphene)從2004年問(wèn)世以來(lái)便成為研究焦點(diǎn)[3]。石墨烯的制備方法有多種，目前應(yīng)用較為普遍的是氧化還原法，該方法產(chǎn)量高、操作簡(jiǎn)易，所得產(chǎn)物通常稱為還原氧化石墨烯(rGO)，表面存在含氧官能團(tuán)，便于后續(xù)修飾與改性，并在電學(xué)、光催化、超級(jí)電容器、水處理、電磁屏蔽領(lǐng)域應(yīng)用廣泛[4]。2011年Naguib等利用氫氟酸化學(xué)剝離三元層狀碳化物 Ti3AlC2(MAX)，成功制備一種新型的二維碳化物Ti3C2TX，因其從前軀體MAX相中腐蝕剝離出來(lái)，并且和石墨烯結(jié)構(gòu)類似，故命名為MXene[5]。之后Nb2CTX[6]，Ti2CTX[7]，MoNTX[8]，Sc2CTX[9]等20余種被陸續(xù)發(fā)現(xiàn)，在儲(chǔ)能、電催化、污水處理方面得到廣泛研究[10-12]。2016年有研究證實(shí)厚度45 μm的Ti3C2TX薄膜可實(shí)現(xiàn)高達(dá)92 dB的高屏蔽效能[13]，隨后MXene在電磁屏蔽及吸波領(lǐng)域的研究也日益增多。目前對(duì)于石墨烯的研究較為成熟，將其與磁性粒子、聚合物等共混得到復(fù)合吸波劑或者利用泡孔結(jié)構(gòu)提高吸波性能是目前較為常用的手段，并已證實(shí)其可行性，而MXene作為二維材料的新星，在吸波材料的研究正處于初步階段，鑒于兩者的相似性和在電磁吸波領(lǐng)域具有的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，本文對(duì)比兩者的結(jié)構(gòu)與吸波性能及其在電磁吸波領(lǐng)域研究的進(jìn)展，并提煉出吸波機(jī)制的異同及吸波材料設(shè)計(jì)原則。期待能夠從已有研究中，為MXene基吸波材料的進(jìn)一步研究提供參考并為輕質(zhì)高效吸波材料的研究提供思路。

1 結(jié)構(gòu)與吸波性能對(duì)比

1.1 結(jié) 構(gòu)

石墨烯是碳原子以sp2雜化排列形成的具有蜂窩狀晶格結(jié)構(gòu)的二維碳材料，鍵角120°，單原子厚度[14]，表面呈微波狀褶皺結(jié)構(gòu)，邊緣有含氧官能團(tuán)C=O,C-O，表現(xiàn)為疏水性[15]，是目前已知最薄最硬的材料?？梢月N曲成零維富勒烯，卷曲成一維碳納米管，堆疊成石墨[16]。石墨烯的結(jié)構(gòu)示意圖見(jiàn)圖1(左)。

MXene是一類二維過(guò)渡金屬碳/氮化合物，三個(gè)原子厚度。通式為Mn+1XnTX(M為過(guò)渡金屬元素，A為Ⅲ、Ⅳ主族元素，X為碳或氮元素，n=1,2,3，TX-O,-OH,-F)，是由母相MAX剝離獲得，具有類石墨烯結(jié)構(gòu)。MAX相是兼具金屬與陶瓷性的多層材料，M層密集堆疊，X層原子填充在八面體，A層原子則與M/X交替排列形成211(M2AX)、312(M3AX2)、413(M4AX3)型[5]。不同于石墨烯層間范德華力連接，MAX層間通過(guò)離子鍵、共價(jià)鍵、金屬鍵的混合連接，作用力較強(qiáng)，需要經(jīng)過(guò)化學(xué)腐蝕剝離，留下MX交替排列形成手風(fēng)琴多層狀MXene。MXene片層會(huì)發(fā)生拱起和卷曲，存在形成MXene納米管的可能[17]。MXene(Ti3C2TX)的結(jié)構(gòu)示意圖見(jiàn)圖1(右)。

圖1 石墨烯[18](左)MXene[13](右)原子結(jié)構(gòu)示意圖Fig 1 Atomic structure diagram of graphene[18] and MXene [13]

1.2 吸波性能

吸波材料的吸波性能取決于材料的阻抗匹配能力和對(duì)電磁波的衰減能力。由兩大損耗機(jī)理決定：介電損耗和磁損耗。其中，介電損耗主要體現(xiàn)為偶極子定向變化引起的偶極極化和弛豫，磁損耗主要是由磁性材料引起的磁滯損耗，渦流損耗，疇壁共振，自然共振等決定。對(duì)于單一的石墨烯和MXene的復(fù)合吸波材料中損耗以介電損耗為主，在制備過(guò)程中石墨烯與MXene均會(huì)引入官能團(tuán)和缺陷，可以減少兩者由于高電導(dǎo)率引起的阻抗失配，并會(huì)充當(dāng)極化中心，誘導(dǎo)偶極極化，缺陷處誘導(dǎo)電子的躍遷和電荷積累，導(dǎo)致電磁波的散射和吸收[19]。對(duì)于復(fù)合材料，石墨烯、MXene自身片層與復(fù)合材料構(gòu)成導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)和大量異質(zhì)界面，電磁波可以在導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)間多重反射，并在異質(zhì)界面處產(chǎn)生界面極化，使電磁波能量以熱能的形式耗散，從而達(dá)到吸收的目的[20]。特別的,與磁性粒子復(fù)合后，會(huì)增加磁損耗，在介電損耗和磁損耗的雙重?fù)p耗機(jī)制下，可改善阻抗匹配，使得電磁波可以盡可能多的被材料吸收[21]。

不同的是，石墨烯為單層，由于π-π相互作用發(fā)生堆疊影響電磁波吸收[22]，而MXene為多層或少層，這種獨(dú)特的層狀結(jié)構(gòu)，有利于電磁波的多次反射吸收，可大大提高吸收效能。除此之外，兩者表面官能團(tuán)的差異導(dǎo)致石墨烯表現(xiàn)為疏水性，MXene表現(xiàn)為親水性。MXene的親水性是其較石墨烯易于復(fù)合改性的優(yōu)勢(shì)，可與較多的材料或基底結(jié)合以改善吸波材料的吸波性能與機(jī)械性能，擴(kuò)大其應(yīng)用范圍。

2 rGO與MXene電磁吸波材料研究現(xiàn)狀

由于石墨烯與MXene均具有極好的導(dǎo)電性能，通過(guò)簡(jiǎn)單的平面涂層或噴涂可賦予基底高的電導(dǎo)率對(duì)電磁波產(chǎn)生極好的反射。因此，為了實(shí)現(xiàn)對(duì)電磁波的高強(qiáng)吸收，石墨烯和MXene的研究使用方式，除了單獨(dú)用外，還和碳納米管、磁性粒子、導(dǎo)電聚合物、碳纖維等復(fù)合使用。石墨烯與MXene吸波材料研究成果匯總見(jiàn)表1。

2.1 單一吸波材料

還原氧化石墨烯是由氧化石墨烯經(jīng)過(guò)水合肼等還原劑還原制得，表面存在C-O, C=O含氧官能團(tuán)，由于C和O捕獲電子的能力不同，在交變磁場(chǎng)中會(huì)引起偶極子極化，電子運(yùn)動(dòng)滯后引發(fā)的極化弛豫有利于電磁波的吸收[23]。Wang[24]等證實(shí)缺陷引發(fā)的電子從相鄰態(tài)到費(fèi)米能級(jí)的躍遷、缺陷極化弛豫是rGO比石墨和碳納米管吸波效果好的原因，但rGO的反射損耗峰值也僅為-6.9 dB，達(dá)不到對(duì)電磁波較多的吸收。

Feng[25]等以石蠟為粘結(jié)劑測(cè)得Ti3C2TX的最佳反射損耗為-40 dB,有效吸波帶寬(小于-10 dB)為6.8 GHz，類似的Tong[22]等通過(guò)不同的刻蝕時(shí)間獲得Ti3C2TX樣品反射損耗-42.5 dB,有效吸波帶寬為13.8 GHz，相比之下，在較大填料加載比和厚度下的MoS2，反射損耗為-38.42 dB[26]?？梢?jiàn)MXene的吸波性能在二維材料中具有顯著優(yōu)勢(shì)，這可歸因于其獨(dú)特的手風(fēng)琴層狀結(jié)構(gòu)有助于電磁波在層與層之間的反射-再反射，可大大衰減電磁波能量。不同厚度的石蠟基rGO與Ti3C2TX的反射損耗測(cè)試結(jié)果見(jiàn)圖2。

圖2 2 mm厚度的rGO與石墨 (a)[25], 不同厚度下的Ti3C2TX (b)[22]反射損耗測(cè)試結(jié)果Fig 2 Test results of reflection loss of rGO and graphite at 2 mm thicknesses[25], and at different thicknesses

2.2 和碳納米管復(fù)合的吸波材料

碳納米管(CNT)因機(jī)械性能好、熱穩(wěn)定性好、直徑可調(diào)、載流子遷移率和載流能力高，被廣泛用于吸波材料。又因其同為碳系材料，被用來(lái)調(diào)節(jié)材料介電損耗能力，提高對(duì)電磁波的吸收。

Li[27]等采用溶劑熱法使Fe3O4分布在CNT上制備CNT/Fe3O4薄膜，然后將石墨烯鋪在CNT/Fe3O4薄膜上，得到CNT/Fe3O4/rGO薄膜，考察石墨烯層數(shù)對(duì)電磁波損耗能力的影響。隨著層數(shù)增加，衰減系數(shù)增加，但阻抗匹配變差，反射損耗值增加。增加一層石墨烯，達(dá)到最佳反射損耗-44.7 dB，帶寬4.7 GHz。與加入石墨烯前相比，反射損耗絕對(duì)值與帶寬分別增加27%和2.5%。該課題組還通過(guò)熱溶劑法及電泳自組裝法，制備了基于CNT/Fe3O4薄膜的3D rGO互連網(wǎng)絡(luò)[28]，加入PDMS后更具有極好的柔韌性，經(jīng)過(guò)2 000次彎曲和扭轉(zhuǎn)，反射損耗增加不到5%。

Song等[29]以凈化的無(wú)紡布為基體，經(jīng)熱處理和冷凍干燥，在微尺度無(wú)紡布纖維周圍原位產(chǎn)生互連的rGO網(wǎng)絡(luò)，CNT通過(guò)π-π相互作用和氫鍵附著在rGO表面上，大大拓寬吸波帶寬，最大可達(dá)6.3 GHz。Qin[30]等通過(guò)CNT網(wǎng)絡(luò)和Fe3O4的選擇性吸收實(shí)現(xiàn)石墨烯納米片的交聯(lián)，制備了具有高機(jī)械穩(wěn)定性的石墨烯氣凝膠吸波材料，最小反射損耗為-49 dB,帶寬高達(dá)13.6 GHz且最小密度為11.1 mg/cm3。無(wú)紡布和氣凝膠的多孔結(jié)構(gòu)可以為電磁波提供更多的反射界面，使電磁波被多次反射直至吸收，除此之外多孔結(jié)構(gòu)還可降低材料密度，滿足新型吸波材料質(zhì)輕的要求。

圖3 rGO/CNT/Fe3O4/PDMS 復(fù)合材料[27](a)，Ti3C2TX/CNT(b)吸波機(jī)理[33]Fig 3 Absorption mechanism of rGO/CNT/Fe3O4/PDMS composite[27] and Ti3C2TX/CNT[33]

MXene與CNT復(fù)合材料中CNT可防止MXene堆疊，且可以產(chǎn)生多孔結(jié)構(gòu)促進(jìn)電荷轉(zhuǎn)移[31]。Weng等[32]采用旋涂和真空輔助過(guò)濾使改性后的MXene和CNT以強(qiáng)烈的靜電吸附結(jié)合，獲得半透明MXene/多壁碳納米管復(fù)合薄膜，厚度僅49 nm，電導(dǎo)率高達(dá)130 S·cm-1，且比屏蔽效能高達(dá)58 187 dB·cm2·g-1，但沒(méi)能給出反射吸收比。Li[33]等通過(guò)化學(xué)氣相沉積的方式將一維CNT與二維MXene結(jié)合，由冷凍干燥途徑引起的Ti3C2Tx顆粒內(nèi)部的多孔微觀結(jié)構(gòu)、足夠的空間使得碳納米管像連接橋一樣，均勻分布在Ti3C2Tx薄片表面形成整體網(wǎng)絡(luò)。厚度1.55 mm的Ti3C2Tx/CNT最佳損耗-52.9 dB,帶寬4.46 GHz；相對(duì)于原 Ti3C2Tx,帶寬增加1.66 GHz，反射損耗減小9 dB；當(dāng)厚度增加到5 mm時(shí)，帶寬達(dá)14.54 GHz。CNT與rGO和MXene復(fù)合后吸波機(jī)理見(jiàn)圖3。

可見(jiàn)，CNT的加入，可改善石墨烯堆聚和MXene堆疊。具有高導(dǎo)電性的碳納米管的橋接效應(yīng)和表面官能團(tuán)的減少將為電荷載體提供更多的導(dǎo)電路徑，這有利于導(dǎo)電性損耗。CNT還可在石墨烯及MXene的片層上形成大量界面，非常有利于界面極化。除此之外，CNT中的空位，有利于自由電荷的積聚，增加對(duì)電磁波能量的消耗。

2.3 和磁性粒子復(fù)合的吸波材料

隨著石墨烯基復(fù)合吸波材料的研究一步步深入，已不再局限于某種單一調(diào)諧材料用于優(yōu)化吸波性能，更多的是多元復(fù)合材料。常選用介電材料與磁性材料同時(shí)調(diào)節(jié)介電損耗與磁損耗來(lái)增加材料對(duì)電磁波的吸收，添加磁性粒子是提高復(fù)合材料磁損耗能力的另一有效途徑。常用磁性粒子有鐵氧體、金屬粒子、過(guò)渡金屬氧化物[34]等。在前述研究中，不難看出除了CNT，F(xiàn)e3O4也被引入到復(fù)合材料中，其主要目的就是以Fe3O4在rGO表面引起渦流效應(yīng)，增加磁損耗。除此之外，F(xiàn)e3O4分層界面增加比表面積、提供多異質(zhì)界面，與CNT共同作用優(yōu)化阻抗匹配，有利于吸波強(qiáng)度的增加與吸收帶寬的擴(kuò)大，使得厚度為1.42 mm的環(huán)氧基CNT/Fe3O4/rGO具有反射損耗為-50.5 dB,帶寬5.7 GHz的良好吸波性能[28]。

圖4 TiO2/Ti3C2TX/Fe3O4吸波機(jī)理(a)[38]，不同厚度TiO2/Ti3C2TX/Fe3O4(b) [38]rGO/Ni(c)[35]的反射損耗測(cè)試結(jié)果Fig 4 Absorption mechanism of and rGO/Ni[35] with different thickness

Lai[35]等采用一步溶劑熱還原法，將Ni2+靜電吸附于氧化石墨烯表面的成核位點(diǎn)，經(jīng)高溫高壓、還原劑的作用還原為Ni/rGO粉末，不同厚度反射損耗測(cè)試結(jié)果見(jiàn)圖4(c)。樣品厚度1.2 mm時(shí)，在頻率14.5 GHz處，反射損耗為-31.4 dB。通過(guò)調(diào)節(jié)鎳鹽的初始濃度可以獲得具有不同吸收帶寬與吸收峰值的可調(diào)微波吸收特性。Ni的加入不僅改善了rGO的堆疊，而且增加磁損耗，但Ni的存在一定程度上影響了導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)的連接，隨著初始Ni2+濃度的增加，ε′和ε″值下降，由Ni顆粒和rGO薄片構(gòu)成的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)可以引起渦流效應(yīng)，協(xié)同Ni和rGO界面處電荷載流子遷移和累積引起的界面極化弛豫，促使入射電磁波通過(guò)介電損耗和磁損耗機(jī)制消散。改善了單一的石墨烯介電損耗機(jī)制有限且界面阻抗不匹配的問(wèn)題。 Yan[36]等制備納米級(jí)NiFe2O4中空顆粒，改善以往微米級(jí)的中空材料與石墨烯界面處不能建立良好界面的缺陷。超小的尺寸與中空結(jié)構(gòu)使NiFe2O4與rGO連接穩(wěn)定，表面積大并表現(xiàn)出鐵磁性。與石蠟復(fù)合后，在厚度3.5 mm時(shí)，最小反射損耗-40.9 dB,有效吸波帶寬2.8 GHz。

MXene與石墨烯的一大不同在于由表面官能團(tuán)所決定的親水性，MXene由于表現(xiàn)出親水性，有利于與其他材料復(fù)合但也降低了環(huán)境穩(wěn)定性。在潮濕空氣中，或高溫CO2環(huán)境下，MXene表面易被氧化生成TiO2和C[37]，Liu等[38]用水熱法氧化Ti3C2TX,并制備TiO2/Ti3C2TX/Fe3O4復(fù)合粉末，反射損耗測(cè)試結(jié)果見(jiàn)圖4(b)，在厚度1.9 mm時(shí)，最佳反射損耗為-57.3 dB。電磁波的吸收機(jī)理見(jiàn)圖4(a)。Zhao[39]等則通過(guò)原位水熱組裝結(jié)合退火的方法將二元Ti3C2TX/ Fe3O4納米復(fù)合材料轉(zhuǎn)化為三元C/TiO2/α-Fe納米復(fù)合材料，在厚度3.5 mm時(shí)，吸波頻帶最寬為3.9 GHz，5.5 mm時(shí)反射損耗最小為-46.7dB。兩組實(shí)驗(yàn)中，TiO2相比于MXene介電常數(shù)低，協(xié)同F(xiàn)e3O4調(diào)節(jié)復(fù)合材料的介電常數(shù)和磁導(dǎo)率，使材料的波阻抗與自由空間阻抗盡可能的相等，可改善單一MXene高電導(dǎo)率引起的電磁波反射，同時(shí)TiO2與Fe3O4均勻分散在Ti3C2TX納米片層間或表面，增加層間距與界面面積，提供更多的極化中心以消耗電磁波能量。

2.4 和導(dǎo)電聚合物復(fù)合的吸波材料

導(dǎo)電聚合物制備工藝簡(jiǎn)單，穩(wěn)定性優(yōu)良，是繼鐵磁性吸波材料的新型吸波劑。

Zhang[40]等通過(guò)原位聚合法使聚苯胺納米棒垂直生長(zhǎng)在rGO表面制備rGO/PANI，不同苯胺濃度的復(fù)合物阻抗匹配不同，低濃度(0.04 mol/L)較高濃度(0.07 mol/L)阻抗匹配高，但吸波性能較低。電磁波損耗途徑見(jiàn)圖5(a).Hazarika[41]等以凱夫拉機(jī)織物為基體制得WKF/MnO2/PES/PANI-rGO 柔性吸波材料，最小反射損耗為-36.5 dB。復(fù)合材料中每個(gè)MnO2納米顆?？烧J(rèn)為是電偶極子，與PANI一起調(diào)節(jié)阻抗匹配的同時(shí)，解決PANI與MnO2分散不勻的問(wèn)題。

聚吡咯(PPy)環(huán)境穩(wěn)定性好，常被選做應(yīng)用于特殊環(huán)境的吸波材料。Tong等[42開(kāi)發(fā)了一種簡(jiǎn)便的原位聚合工藝促使PPy以氫鍵與Ti3C2TX結(jié)合生成非均相微觀結(jié)構(gòu)，連通整體導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，并通過(guò)改變厚度來(lái)獲得在不同頻段具有不同吸波特性的樣品，其電磁波損耗途徑見(jiàn)圖5(b)。厚度3.2 mm的試樣最小反射損耗-49.2 dB,吸波帶寬5.7 GHz。Wang[43]等利用纖維與PPy/MXene片材之間范德華力與氫鍵作用力，使PPy/MXene包覆于織物。PPy引入的極性基團(tuán)和界面有利于微波衰減，并增加了MXene與PET之間的界面連接，電導(dǎo)率增加，使得疊加三層的復(fù)合織物具有以吸收為主的高屏蔽效能，但是沒(méi)有測(cè)試反射損耗值。

圖5 rGO/PANI[40] Ti3C2TX/PPy[42]電磁波損耗途徑Fig 5 Electromagnetic wave loss path of rGO/PANI[40]and Ti3C2TX/PPy[42]

2.5 和碳纖維復(fù)合的吸波材料

由于rGO和MXene的高導(dǎo)電率和電子極化能力獨(dú)特的納米結(jié)構(gòu)，高介電常數(shù)會(huì)引起電磁波反射，不利于阻抗匹配，而碳纖維(CF)的引入會(huì)調(diào)節(jié)介電常數(shù)，其長(zhǎng)度和排列會(huì)影響電磁波的吸收[44]。

Wang等[45]用碳纖維膠體溶液與Fe3O4納米顆粒(FeNPs)、rGO結(jié)合制備 CF/FeNPs/rGO薄膜。最小反射損耗值相比與未加碳纖維的/FeNPs/rGO要低11.14 dB。通過(guò)改變復(fù)合膜厚度，可改變吸收波峰所在頻率。Li等[46]通過(guò)電化學(xué)沉積技術(shù)將rGO原位形成到CF網(wǎng)絡(luò)中，然后將鎳納米顆粒鍍?cè)谔蓟砻嫘纬奢p質(zhì)柔韌性好的3D織物。復(fù)合材料的吸波帶寬隨著rGO含量的增加，向低頻移動(dòng)，最佳反射損耗接近-35 dB，且密度小于0.7 g/cm3?？梢?jiàn)，以碳纖維為骨架，涂覆吸波劑是獲得輕質(zhì)高效吸波材料的有效方法。Wang[47]等制備三明治結(jié)構(gòu)的玻璃纖維-聚丙烯/rGO織物-碳纖維織物。最小反射損耗接近-37 dB,帶寬12.5 GHz(7.5～18 GHz)。類似的，Li等[48]制備碳纖維-石墨烯-碳纖維，設(shè)計(jì)了周期性圖案吸收結(jié)構(gòu)，顯示出各種厚度的組合吸收優(yōu)勢(shì)。目前，MXene在該方面的研究較少， Raagulan[44]等采用濕法紡絲制備碳纖維無(wú)紡布，噴涂制備厚度僅0.192 mm的MXene/石墨烯無(wú)紡布，X頻帶(8.2～12.4 GHz)內(nèi)，總屏蔽效能為38.99 dB，吸收效能25.75 dB，沒(méi)有測(cè)試反射損耗。

和碳纖維復(fù)合的吸波材料，相較于前述磁性粒子、導(dǎo)電聚合物的優(yōu)勢(shì)在于，Ti3C2TX與石墨烯在纖維的支撐下構(gòu)建導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，纖維的雜亂分布和多孔隙結(jié)構(gòu)為電磁波提供多次反射界面，并賦予復(fù)合材料良好的柔韌性和機(jī)械強(qiáng)度。

表1 石墨烯、MXene吸波材料研究結(jié)果匯總

3 吸波材料的設(shè)計(jì)原則

吸波材料的阻抗匹配和衰減特性的優(yōu)化，可從吸波劑本身和結(jié)構(gòu)入手。

(1)吸波劑設(shè)計(jì)方面：可依據(jù)主體吸波劑本身的優(yōu)勢(shì)或缺陷，尋找與之促進(jìn)或互補(bǔ)的復(fù)合材料通過(guò)層層自組裝[49]、水熱[50]等方式，優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，調(diào)整介電常數(shù)適中，優(yōu)化阻抗匹配，或者，通過(guò)加入磁性粒子、引進(jìn)磁損耗機(jī)制，這些復(fù)合材料可改善片層堆聚、提供多異質(zhì)界面，有益于偶極子取向極化和弛豫，促進(jìn)電磁波的吸收。這一點(diǎn)在上述研究中均有顯現(xiàn)。

(2)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面：經(jīng)誘導(dǎo)發(fā)泡[29]或冷凍干燥的方法[51]獲得的泡沫或氣凝膠的泡孔結(jié)構(gòu)有利于電磁波多次反射吸收，若結(jié)合織物基底還能滿足材料透氣性和柔軟性的需要，不僅改善吸波性能還可以減小材料密度，在低填料加載比下賦予材料高吸波與多功能性。

4 結(jié) 論

石墨烯與MXene具有許多相似的特性，包括大的比表面積、大的縱橫比、類似的片層狀結(jié)構(gòu)、可調(diào)的電導(dǎo)率、相對(duì)較小的密度等，尤其是片層狀結(jié)構(gòu)和可調(diào)的電導(dǎo)率，賦予兩者及其復(fù)合材料一定的電磁波吸收性能。入射電磁波會(huì)在具有導(dǎo)電性能的片層間被多次反射并吸收。結(jié)合復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和石墨烯與MXene的改性優(yōu)化，通過(guò)改變電導(dǎo)率或極化，增加界面反射吸收，進(jìn)一步獲得設(shè)計(jì)的吸波性能。

然而，MXene又遠(yuǎn)不同于石墨烯。一方面，其表面具有親水性好的豐富的官能團(tuán)。這使得MXene可以通過(guò)簡(jiǎn)單的方法，包括浸漬、涂覆等，和各類親水性基材實(shí)現(xiàn)牢固的結(jié)合，尤其是高分子柔性基材，如紡織品及薄膜。容易結(jié)合也使得MXene可以用在其他電磁功能材料上，比如，頻率選擇紡織品。另一方面，通過(guò)選擇不同的前驅(qū)體可以獲得豐富品種的MXene。目前研究較多的Ti3C2TX，已有報(bào)到的最高屏蔽效能為92 dB；然而，如新品種Ti3CNTx在經(jīng)退火處理后可實(shí)現(xiàn)高達(dá)116 dB的屏蔽效能，吸收占約100 dB[54]。而已知MXene的前驅(qū)體有70多種，這些都是值得深入探索和研究的。

由于石墨烯的研究相對(duì)較為成熟，在MXene及其復(fù)合吸波材料方面，一方面可以借鑒石墨烯已有的相關(guān)研究，包括和導(dǎo)電高分子、磁性吸波材料的復(fù)合方面，進(jìn)行預(yù)測(cè)和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，避免走彎路；另一方面，要充分利用MXene的表面官能團(tuán)和品種多樣性，開(kāi)發(fā)高性能復(fù)合吸波材料。