隨著大數據、探測和精密制導技術的多元化發展，服務于多頻譜的電磁（EM）功能材料和器件已成為熱門話題。探索材料的多光譜響應是一個具有挑戰性且有意義的科學問題。在這項研究中，通過原位原子重構工程制造了具有可調傳導損耗和極化弛豫的MXene/TiO2雜化物。更重要的是，MXene/TiO2 混合物在 GHz、紅外和可見光譜中表現出可調節的光譜響應，并且基于此構建了多種 EM 設備。天線陣列在多個微波頻段提供出色的電磁能量收集，具有 |S11|高達 − 63.2 dB，并且可以通過彎曲程度進行調諧。超寬帶帶通濾波器實現約5.4GHz的通帶，有效抑制阻帶內電磁信號的傳輸。紅外隱形裝置在紅外光譜中、波長為 6–14 µm 時的發射率小于 0.2。這項工作可以為多功能、多光譜電磁設備的設計和開發提供新的靈感。
圖 1 MXene/TiO2 雜化物的制造和微觀結構模型。 a MXene/TiO2 雜化物的結構演化過程。 b–e MT-2、MT-3、MT-4 和 MT-5 的形態。 f M 的 EDS 映射
圖 2 MXene 和 MXene/TiO2 雜化物的微觀結構特征。 a、b Ti3C2Tx MXene、c MT-2、d MT-3、e MT-4 和 f MT-5 的 TEM 圖像。 MT-5 的 g–i HRTEM 圖像。 MXene/TiO2 混合物中的 j–l 界面。 m MT-5 的 AFM 圖像。 n–p 區域 I、II 和 III 的放大視圖，單位分別為 m。 q, r 分別為 n 和 p 中沿虛線的高度分布。
圖3 MXene/TiO2 雜化物的電磁響應和微波吸收性能。 a MT-2、b MT-3、c MT-4 和 d MT-5 的復介電常數。 MT-3 的 e–h Cole–Cole 圖。插圖是帶有-OH、-O和-F的MT-3以及帶有Ti空位缺陷的MT-3的電荷差密度圖像。 i, j 兩個 TiO2 納米顆粒之間以及 TiO2 納米顆粒和 MXene 之間的電場模擬圖像。 k MT-2、l MT-3、m MT-4 和 n MT-5 的 RL 值與頻率和厚度的關系。
圖 4 由 MXene/TiO2 混合材料構建的多功能微帶天線陣列。a 天線陣列的結構。 b|S11|曲線與頻率的關系。 c 最小值 |S11|不同基材厚度下的值。 d MXene/TiO2 混合天線陣列的最大增益。 e 共形天線陣列示意圖。 f|S11|不同彎曲程度的曲線。 g 中心頻率偏移和增益增量（相對于不彎曲天線陣列）。
圖5. 由 MXene/TiO2 混合材料構建的 UWB 帶通濾波器。 a UWB帶通濾波器的應用場景。 |S11|和|S21| b MT-5、c MT-4、d MT-3 和 e MT-2 帶通濾波器的曲線。 f–i 通帶中的表面電流分布。 j–m 阻帶內的表面電流分布
圖 6a MXene/TiO2 雜化物的紅外和可見光響應特性。紅外隱身和可見光隱身示意圖。 b MT-2、c MT-3、d MT-4、e MT-5紅外隱身裝置的功率系數。 f 熱紅外圖像。 g 加熱條件下的溫度增量。 h MXene/TiO2 雜化物的紫外-可見吸收曲線。 i h 中局部區域的放大視圖。 j MT-2、k MT-3、l MT-4 和 m MT-5 的電流密度
相關科研成果由北京理工大學Mao-Sheng Cao等人于2024年發表在Nano-Micro Letters（https://doi.org/10.1007/s40820-024-01391-8）上。原文：In Situ Atomic Reconstruction Engineering Modulating Graphene-Like MXene-Based Multifunctional Electromagnetic Devices Covering Multi-Spectrum
原文鏈接：https://doi.org/10.1007/s40820-024-01391-8
轉自《石墨烯研究》公眾號
