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西北工业大学黄英教授团队:具有增强电磁波吸收特性的仿生海胆状 Co-NC@PANI 改性 MXene 基磁性气凝胶的合成策略

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背景介绍


将片层 MXene 制备成具有三维交联结构的气凝胶可有效解决 MXene 自堆叠问题,并确保 MXene 片层结构基本完整。然而,单独的 MXene 气凝胶并不具有磁损耗。研究人员通过引入磁性颗粒对 MXene 气凝胶进行改性,取得了良好的效果。大量磁性颗粒的引入使得气凝胶无法满足轻质的特点,而且磁性颗粒还存在容易团聚的缺点。核壳结构的存在会促进磁耦合相互作用,产生更多的磁损耗。因此,我们设计了海胆状 Co-NC@PANI 以有效防止磁性颗粒的紧密堆积。海胆状磁性颗粒与 MXene 气凝胶的结合可以优化材料的介电常数,在增加磁损耗的同时调整阻抗匹配。从结构设计的角度来看,具有三维交联结构的气凝胶通过内部多重反射和散射为电磁波提供了更多的衰减位点和丰富的耗散传输路径,从而获得更好的吸收性能。


成果简介


在这项研究中,设计并制造了 MXene 气凝胶,以形成完美的蜂窝状三维互连网络。明胶作为增强相提高了 MXene 气凝胶的形态稳定性,PANI 改性 Co/N 掺杂碳多面体作为阻抗匹配调节剂和磁损耗增强相被引入气凝胶中。基于三维导电网络,结合多种异质界面极化和电磁协同效应,Co-NC@PANI(MCoP)修饰的MXene基气凝胶的RLmax达到-62.4 dB,EAB达到6.56 GHz,而此时的负载仅为12%。最后,还通过模拟计算观察了材料损耗过程中的电场和磁场分布,以及同轴环的损耗密度和吸收比。


图文导读


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Figure 1 Schematic illustration of the synthetic route of the Co-NC@PANI and MCoPaerogels.


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Figure 2 SEM, TEM and SAED images of (a1-a3) Co-NC@PANI, (b1-b3) MXene; (a4) HR-TEM of Co-NC@PANI; (c) MXene nanosheet thickness measurement; SEM images of (d) MCoP-50, (e) MCoP-100 and (f) MCoP-500 aerogel at different magnifications.


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Figure 3 (a1) 2D RL curves; (a2) 3D RL diagram; (a3) RL projection map of MCoP-100; (b) RL curve, calculated matching thickness, experimental matching thickness and impedance matching (Z) of MCoP-100; (c) RLmax, (d) EAB, (e) impedance matching (Z), (f) attenuation constant  values of MCoP-(50, 100, 500).


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Figure 4 Instantaneous vector changes in the (a) electric field, (b) magnetic fieldand (c) S11 and S12 EMW relative strengths (1, 2, and 3 represent thicknesses of 1.0 mm, 2.3 mm and 5.0 mm, respectively); (d) volume loss density; and (e) specific absorption rate (SAR).


作者简介


黄英,西北工业大学教授,博士生导师。以纳米材料设计及高分子结构与性能的理论为基础,围绕信息功能与高性能高分子材料重点开展以下工作:在新物质、新功能材料研究方面,研究了特定功能纳米材料的设计与制备方法;运用高分子的交联与固化理论及各种交联手段开展新型功能高分子新材料及其器件研究;在电、磁功能高分子方面,发展其在水污染治理与功能材料方面的应用,建立的有关新方法在信息存储、电磁信息材料方面取得了突破。近年来主持国家“863”计划项目、国家自然科学基金面上项目、省重点等项目的研究。在国际重要期刊包括Energy Stor. Mater., Nano-Micro Letters, J. Energy Chem, J. Mater. Chem.等刊物上发表SCI收录论文150余篇,申请国家发明专利29项,获已授权国家发明专利16项。曾获国防科工委科技进步奖1项,陕西省科学技术奖3项,西安市科学技术奖1项,第二届陕西省创意设计大赛奖1项,陕西省工业和信息化厅信息产业科技成果奖1项,陕西省国防科学技术工业委员会科技进步奖1项。


文章信息


Yu M, Huang Y, Liu X, et al. Synthetic strategy of biomimetic sea urchin-like Co-NC@PANI modified MXene-based magnetic aerogels with enhanced electromagnetic wave absorption properties. Nano Research, 2023, https://doi.org/10.1007/s12274-023-6130-z.



QQ截图20220430103511.png

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