《Nature》子刊：MXene与导电聚合物,电磁波吸收材料的梦之队！
摘要
控制二维材料的取向对优化或调节材料的功能性能至关重要。特别是对一种二维碳化物和/或氮化物材料MXene，由于其高导电性和高密度的表面官能团性质，可以很容易地根据其排列方向变化，最近受到了广泛的关注。然而，垂直安装2D材料可能具有挑战性，因为它们的厚度只有几纳米。在这里，Ti3C2Tx MXene薄片的垂直排列是通过施加一个平面内电场来实现的，这是用偏振光学显微镜和扫描电子显微镜直接观察到的。在没有电场的情况下，电场诱导的平行于外加交流电场的垂直排列是可逆的，回到随机的方向分布。展示了具有单轴排列的MXene纳米片的交叉电极。这些可以进一步调制，以实现使用多样化电极衬底的各种图案。在单轴排列的MXene纳米片薄膜中也观察到各向异性的电导率，这与随机排列的MXene纳米片薄膜有很大的不同。所提出的定向控制技术展示了许多应用的潜力，包括传感器、膜、偏振光器和一般能源应用。
创新点
1. 系统总结了MXene的不同蚀刻方法,包括HF蚀刻,原位蚀刻,无氟蚀刻等,以及导电聚合物的不同合成方法,包括化学合成,电化学合成等。阐明了不同方法对材料微观结构和性能的影响。
2. 详细归纳了MXene和导电聚合物及其复合材料的电磁波吸收机制,包括导电损耗,介电损耗,磁损耗等。通过理论计算模型分析了它们的反射损耗,阻抗匹配等电磁波吸收性能参数。
3. 系统梳理了最近十年来MXene,导电聚合物及其复合材料在电磁波吸收方面的研究进展,对材料的微观结构,性能参数进行了对比分析。指出了MXene与导电聚合物复合可发挥协同增效作用。
4. 对MXene和导电聚合物用于电磁波吸收材料的挑战与展望进行了展望,提出了进一步优化电磁波吸收性能的设计策略和实验研究方向。
图文参考
图1. MXene薄片的电场诱导对准
图2. MXene纳米片在交流电场作用下排列的光学特性
图3. MXene纳米片的电压和电极分离相关的光学纹理分析
图4. 通过电极设计实现了排列的MXene薄片的二维结构
图5. MXene纳米片薄膜的排列相关电导率
总结
总之，我们通过应用面内交流实现了MXene在基板上的可逆和大面积垂直对准电场，其中MXene片平行于交流场排列。MXene片材垂直立在基材上，其中通过POM和SEM可以直接观察到垂直排列。通过打开和关闭电场，MXene薄片的排列在我们的系统中随着它们的二向色性被可逆地调制。此外，我们研究了施加电压和电极间距对MXene薄片对齐的影响，并推导出相关性来估计给定电极间距下MXene薄片对齐的最佳电压。通过图制化电极，成功制备了含有排列MXene片的复杂图案，其中电场分布和片的排列与电极结构密切相关。排列后的MXene薄膜呈现出各向异性的电学特性。结果表明，MXene薄片沿基面(平行方向)的电导率比沿平面(正交方向)的电导率高8倍以上。这项研究可以提出一种简单的方法来垂直排列MXene片材，使未来的电学，光学或电化学应用成为可能。
* 参考文献：https://doi.org/10.1038/s41467-022-33337-2
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