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陜科大沈夢霞課題組 Small：具有優異電磁波吸收性能的天然木材衍生的MoS2@Gd2O3/Mxene多層異質界面氣凝膠

2023-11-13 來源：高分子科技

隨著無線通訊的廣泛使用和電子設備精密度與靈敏度不斷提高，對能有效解決電磁污染問題的電磁波吸收材料提出了更高的要求。良好的阻抗匹配和強的電磁波損耗是電磁波吸收材料基本要求；合理的結構設計可以產生多層次的空間結構和不均勻的界面，有利于優化電磁波的傳播路徑，實現額外的電磁波能量損耗。而多元復合材料能夠發揮各組分材料的優勢，避免不平衡的阻抗和單一的損耗機制，可以有效減少電磁波的表面反射并增加入射波的損耗。因此，材料的多尺度結構設計和多元復合材料的合理構建是改善電磁波吸收性能的有效策略。天然的生物質材料經歷億萬年的演變，呈現出各種各樣獨特的結構，通過簡單的處理，可以在保持天然生物質材料本身形態結構的同時實現材料的功能化，有效避免結構設計帶來的問題。

針對上述問題，陜西科技大學“生物質化學與材料”院士創新團隊沈夢霞副教授課題組以具有定向多孔結構的天然木材作為框架，采用自上而下的方法制備了木質氣凝膠。隨后，結合具有高介電常數的MXene和磁性的稀土氧化物Gd₂O₃，并以MoS₂納米片進行表面包覆，以此形成多個異質界面，實現阻抗匹配和多種電磁波損耗機制。通過這種方法成功制備了具有磁-介電協同和多層結構的MoS₂@Gd₂O₃/Mxene多孔碳氣凝膠復合材料（MGMCA）。本項工作通過合理的結構設計和多元復合材料的構建，制備了一種天然木材衍生的電磁波吸收材料，所制備的復合材料表現出優異的電磁波吸收性能，在僅1.9毫米的超薄厚度下，最小反射損失可達到-57.5 dB，并具有4.35 GHz的有效吸收帶寬。

圖1. MGMCA吸波材料制備過程示意圖。

圖2. MGMCA的微觀結構表征。

圖3. MGMCA的物理化學表征。

圖4. MGMCA的電磁參數表征。

圖5. MGMCA的電磁波吸收性能。

圖6. MGMCA電磁波吸收機理示意圖。

相關研究成果以“Promoting Electromagnetic Wave Absorption Performance by Integrating MoS₂@Gd₂O₃/MXene Multiple Hetero-Interfaces in Wood-Derived Carbon Aerogels”為題發表在Small期刊上。陜西科技大學輕工科學與工程學院（柔性電子學院）沈夢霞副教授、材料科學與工程學院黃劍鋒教授為共同通訊作者，陜西科技大學碩士研究生齊佳樂為本工作主要完成人，加拿大新布倫瑞克大學/美國緬因大學倪永浩教授為合作完成人。感謝國家自然科學基金（22108164）、陜西省高層次人才項目、國家留學基金委“促進與加拿大、澳大利亞、新西蘭及拉美地區科研合作與高層次人才培養項目”等對本工作的大力支持！

文章鏈接：Promoting Electromagnetic Wave Absorption Performance by Integrating MoS₂@Gd₂O₃/MXene Multiple Hetero-Interfaces in Wood-Derived Carbon Aerogels. Small 2023, 2306915.

https://doi.org/10.1002/smll.202306915

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（責任編輯：xu）

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