隨著通信技術的不斷進步，對具有多功能、寬帶EMI性能的電磁屏蔽干擾（EMI）材料的需求日益迫切。控制電氣和磁性元件以及設計 EMI 材料結構引起了廣泛的興趣，但仍然是一個巨大的挑戰。在此，我們報道了通過交替真空輔助過濾過程由中空金屬有機框架/層狀MXene/納米纖維素（HMN）組成的交替電磁結構復合薄膜。 HMN復合薄膜在GHz頻率（Kaband時為66.8 dB）和THz頻率（0.1-4.0 THz時為114.6 dB）表現出優異的EMI屏蔽性能。此外，HMN復合薄膜在0.7 THz處還表現出39.7 dB的高反射損耗，有效吸收帶寬高達2.1 THz。此外，HMN復合薄膜表現出卓越的光熱轉換性能，在2.0 Sun下可達到104.6 °C，在0.8 W cm−2下可達到235.4 °C。獨特的微觀和宏觀結構設計結構將通過界面偏振/多重散射吸收更多的入射電磁波，并通過局部表面等離子體共振效應產生更多的熱能。這些特性使 HMN 復合薄膜成為未來 6G 通信和寒冷環境中電子設備保護的先進 EMI 器件的有前途的候選者。
圖1 AVAF策略合成HMN復合薄膜示意圖。 a Co-HCC、b d-Ti3C2Tx 和 c HMN 復合薄膜的制備過程。
圖2 HMN復合薄膜的微觀結構。分別為 Co-HCC 的 a TEM 圖像和 b EDS 線掃描圖像。分別為 TOCNF 的 c TEM 圖像和 d 尺寸分布。分別為 d-Ti3C2TX 納米片的 e TEM 圖像和 f 晶格條紋。 g、h SEM 圖像、i 示意圖和 j HMN 復合薄膜的 EDS 映射。
圖3. HMN復合薄膜的晶體結構和組成。 a 分別是ZIF-8@ZIF67熱解前后的XRD圖譜和b拉曼圖譜。分別為 HMN 復合薄膜、TOCNF、Co-HCC 和 d-Ti3C2TX 的 c XRD 圖案和 d FTIR 光譜。 HMN 復合薄膜的 TG 和 DTG 分析。 f ZIF-8@ZIF-67 和 Co-HCC 的氮氣吸附-解吸等溫線。g d-Ti3C2TX 和 Co-HCC 的 XPS 全譜。 d-Ti3C2TX 的 h Ti 2p 和 Co-HCC 的 i Co 2p 的 XPS 精細光譜。
圖4. HMN復合薄膜的電磁性能和千兆赫電磁屏蔽性能。 a–c HMN-5L-57.1% 復合薄膜的電導率和磁性。 d 具有不同 d-Ti3C2TX 含量的 HMN 復合薄膜的 EMI SE。 e、f 不同層數 HMN 復合薄膜的 EMI SE。 g 電磁波從不同方向入射時HMN-5L-57.1%復合薄膜的示意圖和EMI SE。 HMN-5L-57.1% 復合薄膜的 h X、Ku、K 和 Ka 頻段 EMI SE。
圖5. HMN復合薄膜的太赫茲電磁屏蔽性能。傳輸模型和反射模型中空氣、Al 鏡和 HMN 復合薄膜的 a、d 太赫茲時域脈沖。 b、e 傳輸模型和反射模型中空氣、鋁板和 HMN 復合薄膜的電場強度。 c、f HMN復合薄膜在傳輸模型和反射模型中的EMI SE和反射損耗。 g、h透射模式和反射模式的太赫茲成像熱譜圖。
圖6. EMI可視化模擬及EMI屏蔽機制。 a EMI可視化模擬示意圖和特斯拉線圈電路圖。 b HMN復合薄膜的特斯拉線圈實驗。 c 電磁屏蔽探測器EMI性能和d HMN復合薄膜實驗。 e HMN復合薄膜的EMI屏蔽機制示意圖。 f EMI SE 與其他材料的比較（支持信息表 S2 中列出的樣品編號）。
圖7 HMN復合薄膜的光熱轉換性能。 HMN 復合薄膜的紫外-可見-近紅外吸收光譜。 b 不同太陽強度下HMN復合薄膜的表面溫度曲線。 c 在 1.0 太陽照射強度下，HMN 復合薄膜在 3 個周期內的太陽能加熱性能。 d HMN 復合薄膜在 2.0 Sun（上）和 NIR 照射（下）在 0.8 W cm−2 下不同時間間隔的紅外熱成像照片。 e 不同 808 NIR 功率密度下 HMN 復合薄膜的表面溫度曲線。 f 不同 808 NIR 激光功率密度下 HMN 復合薄膜的溫度演變。 g 模擬光熱輻照的HMN復合薄膜示意圖
相關科研成果由北京林業大學, Ming-Guo Ma等人于2024年發表在Nano-Micro Letters（https://doi.org/10.1007/s40820-024-01386-5）上。原文：Hollow Metal–Organic Framework/MXene/Nanocellulose Composite Films for Giga/Terahertz Electromagnetic Shielding and Photothermal Conversion
原文鏈接：https://doi.org/10.1007/s40820-024-01386-5
轉自《石墨烯研究》公眾號
