MXene之父最新NatureNano。继Science后MXene再用于电磁屏蔽

　　为了保护工作在千兆赫频率下的电子设备，电磁波干扰的动态控制是一个重要的技术挑战。 泡沫 材料可以调节微波的反射和吸收，从而实现可调的电磁干扰屏蔽能力，但其几毫米的厚度阻碍 了其在集成电子产品中的应用。在这里，我们展示了一种利用各种亚微米厚MXene薄膜 调制入射电磁波反射和吸收 的方法。通过电化学驱动 离子插层 和脱层 实现电磁干扰屏蔽 效果的可逆可调 ;这导致了不同电解质的电荷转移效率，伴随着MXene层间距的膨胀和收缩。最后通过电化学氧化MXene薄膜 制备了一种不可逆电磁干扰屏蔽警示器 。与静态电磁干扰屏蔽相比，我们的方法提供了实现主动调制的机会，可以适应苛刻的环境。
　　图文简介
　　在这里，我们介绍了由 MXene薄膜与水凝胶电解质 制成的电化学调制EMI屏蔽(图1a)，它可以实现EMI屏蔽能力的可逆调制 。我们系统地用不同的MXenes和电解质进行了原位测量，以验证EDL和氧化还原行为对电磁波反射和吸收的影响。此外，通过MXenes的电化学氧化，实现了从EMI屏蔽膜过渡到em波透明膜的电气＂开关＂。微米薄MXene薄膜对X波段(8.2-12.4 GHz)厘米级电磁波的反射和吸收的控制为自适应电磁保护提供了一种现实的方法。
　　电化学调制MXene薄膜的EMI屏蔽行为  a，屏蔽的原理图，它由PET衬底上的MXene电极和含电解质的聚合物膜 组成。Mn+1CnTx: M为过渡金属(Ti、V或Nb)， C为碳，Tx为表面末端。b，本工作中使用的MXene电极的数字照片。c，用于调节EMI屏蔽的MXene层之间的离子插层示意图。V，外加电压。d, MXene薄膜截面的扫描电镜图像，显示排列层。e - h，电势依赖的EMI SE以及使用V2CTx电极在1 M H2SO4中(e)， Ti3C2Tx电极在1 M H2SO4中(f)， V2CTx电极在19.8 M LiCl中(g)， Ti3C2Tx电极在19.8 M LiCl中(h)的器件的cv，显示了不同MXenes在不同电解质中EMI SE的双向可调性。
　　微波反射与吸收的电化学控制及其双向调节机制。 a,b, 1 M H2SO4中的V2CTx电极(a)和1 M H2SO4中的Ti3C2Tx电极(b)记录的反射和吸收比与应用电位的电位依赖性。c,d, 1 M H2SO4中Ti3C2Tx电极的A1g (c)峰的d间距(c)和拉曼位移(d)的原位x射线衍射和拉曼光谱的变化。e，电化学调制EMI屏蔽机制说明: 离子电吸附引起的电荷转移 、M元素 氧化态变化 和MXene片间 层间距变化 。R是反射，A是吸收。
　　厚度依赖性行为和循环稳定性。 a，厚度依赖性电磁干扰SE作为应用电位的函数，显示电磁干扰SE随厚度的增加而增加 。b, V2CTx电极在1 M H2SO4中的循环稳定性，在500次以上的循环中表现稳定。
　　MXene电磁干扰屏蔽＂开关＂  a, Ti3C2Tx电极在1 M H2SO4中的电位依赖的EMI SE，显示从0.1 V到2 V的电磁保护下降了约350倍。b,c，原位拉曼(b)和x射线衍射(c)分析了薄膜氧化过程，展示了开关机制。
　　结论
　　总之，我们已经演示了电化学调制的MXene屏蔽，它可以在千兆赫频率下调制对入射EM波的响应和EMI屏蔽效果。EMI SE的 双向可调性 是通过在MXene电极薄膜中与水电解质从EDL到氧化还原电荷存储的连续转变实现的。特别是MXene电极表面氧化还原 过程，伴随过渡金属氧化态 的变化，离子插层和层间间距的扩张/收缩 ，改变了吸收/反射比和总电磁干扰SE。利用MXenes的阳极氧化原理，设计了一种电磁干扰屏蔽开关 。我们的研究结果提供了对微波与薄膜相互作用的基本理解，并为开发具有动态调节的自适应EMI屏蔽搭建了平台。
　　论文信息
　　论文题目： Electrochemically modulated interaction of MXenes with microwaves
　　通讯作者 ：Yury Gogotsi
　　通讯单位：Drexel University
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