近日，华南理工大学王林格教授团队及合作者在期刊《Carbon》上，发表了最新研究成果“Dielectric Synergistic Gradient Metamaterials Enable Exceptional Ultra–wideband Microwave Absorption and Antibacterial Properties”。研究者通过静电纺丝、原位氧化聚合与浸涂工艺，制备出具有异质结构的PAN@PPy@Ti₃C₂T_x@GO (PPTG) 复合薄膜，实现了出色的电磁波吸收和抗菌性。当填充量仅为20 wt%时，PPTG薄膜就表现出超宽的频带，最小反射损耗值 (RLmin) 为-49.98 dB (2.2 mm, 16.72 GHz) ，最大有效吸收带宽 (EAB) 高达8.0 GHz (2.5 mm)。

　　此外，轻质PPTG复合薄膜具有优异的雷达隐身效果，PPTG薄膜的雷达散射截面 (RCS) 最大减少值可以达到25.72 dB•m²。优异的微波吸收性能归因于源自于四分之一波长、极化、多重反射和散射、阻抗匹配、超材料特性、准天线、导电损耗和磁损耗。此外，所得PPTG复合薄膜显示出较好的抗菌性。PPTG薄膜在军事隐身装备和民用电子产品领域有着巨大的应用潜力。

图1阐述了多重异质PPTG复合薄膜的制备过程。首先，通过原位氧化聚合在PAN纤维表面生长吡咯，同时PPy 和PAN 纤维之间的静电和共价相互作用提高了薄膜的整体导电性，容易形成导电网络和微电流。其次， 通过简单的浸涂工艺得到异质PPT薄膜。最后，MXene 的表面富含官能团 (-OH、-O、-F)，通过氢键和极性作用将阻抗匹配层GO吸附到PPT薄膜表面，形成多重异质PPTG薄膜。其中，多层异质结构有利于改善阻抗匹配，丰富界面极化。PAN纤维膜作为基底及导电网络形成微电流，有利于产生超材料特性和导电损耗。GO和MXene表面丰富的官能团极大地增强了极化损耗。同时，电磁波可以在PAN纳米纤维之间反射而被衰减，PPy和MXene可以增加纤维的导电性产生导电损耗，GO可以降低薄膜的介电常数，获得良好的阻抗匹配。

图2：PPTG薄膜的微波吸收性能。

图2a-f是PPTG复合薄膜的3D和2D反射损耗图。其中，当PPTG-1薄膜在厚度为3.2 mm时，RLmin值为-45.83 dB，在2.7 mm时EAB达到6.96 GHz，覆盖了一部分X波段和全部Ku波段 (图2a, d)；PPTG-2薄膜的RLmin值在厚度为2.2 mm时达到-49.98 dB，EAB在2.5 mm时高达8.0 GHz，覆盖了整个Ku波段和一半的X波段 (图2b, e)；PPTG-3复合薄膜的RLmin值在频率为7.12 GHz且厚度为5.0 mm时达到-21.22 dB，在2.9 mm时EAB为6.96 GHz (图2c, f)。而PAN纳米纤维膜表现出弱的吸波性能，在填充量为20 wt%时RLmin为-7.68 dB，最大 EAB为0 GHz。弱的吸波性能主要归因于极低的电导率和阻抗失配。

此外，研究了其它复合薄膜在20 wt%填充量下的吸波性能。其中，PAN@PPy纳米纤维膜的RLmin为-13.30 dB，最大EAB为5.04 GHz；PPT薄膜在厚度为3.0 mm，频率为14.40 GHz时RLmin可以达到-39.46 dB，在厚度为 3.8mm 时具有 6.88GHz 的EAB；PTG薄膜在厚度为2.0 mm时可以达到5.20 GHz的EAB，在4.32 GHz厚度为4.9 mm时，RLmin可达− 32.87 dB；PPG复合薄膜在15.60 GHz厚度为2.3 mm时，RLmin为− 26.24 dB，在厚度为2.6 mm时可以达到6.88 GHz的EAB。以上结果表明，PPTG复合薄膜具有优异的吸波性能。

图3：PPTG薄膜的雷达隐身效果。

图4：PPTG薄膜的抗菌性能。

此外，制备的复合膜具有良好的抗菌性能，一方面尖锐的纳米片直接破坏了细菌膜，另一方面光照产生的自由基攻击细菌膜，破坏细菌结构，最终导致细菌死亡。因此，轻质PPTG复合薄膜具有卓越的微波吸收性能，在航空航天，无线通信，雷达系统，军事装备和信息安全等众多领域具有潜在的应用前景。

编辑：余锦婷

初审：于倩倩

复审：康德飞

终审：王林格