二維層狀過(guò)渡金屬碳化物納米片（MXene）材料由美國(guó)Drexel大學(xué)的Michel Barsoum和Yury Gogotsi教授團隊首次發(fā)現，其所具有的高比表面(miàn)積、良好(hǎo)的導電性和親水性，使該類材料在儲能(néng)、催化、壓敏、柔性器件及功能(néng)增強複合材料等方面(miàn)擁有廣闊的應用前景。其中，Ti3C2材料由于其類金屬特性與高電導率，表現出了十分優異的電磁屏蔽效能(néng)。然而，MXene材料的吸波性能(néng)卻并不理想，這(zhè)主要與該類二維材料和電磁波的相互作用機制與阻抗匹配能(néng)力相關。研究表明，通過(guò)對(duì)吸波材料進(jìn)行表面(miàn)改性以及對(duì)其微結構進(jìn)行特殊設計，能(néng)夠有效誘發(fā)界面(miàn)極化、多重反射吸收等電磁波損耗機制，進(jìn)而顯著提升該類材料的吸波性能(néng)。因此，開(kāi)展對(duì)MXene微觀結構的設計是開(kāi)發(fā)出新穎的輕量化、寬頻帶、高吸收率吸波材料的有效途徑。

　　近期，甯波材料所核能(néng)材料工程實驗室（籌）的研究人員利用二維納米材料c平面(miàn)高導電的特性，設計制備了具有c平面(miàn)取向(xiàng)相互垂直的MXene/Graphite異質結構特征的納米吸波材料。通過(guò)以鱗片石墨（Graphite）爲模版，利用低溫熔鹽合成(chéng)技術，首先合成(chéng)出Graphite/TiC/Ti3AlC2（G/TiC/Ti3AlC2）複合結構；随後(hòu)對(duì)Ti3AlC2中的Al元素進(jìn)行選擇性刻蝕，并得到了Graphite/TiC/Ti3C2（G/TiC/Ti3C2）異質結結構。微結構分析表明，G/TiC/Ti3C2異質結中的Ti3C2納米片，其c平面(miàn)均豎直生長(cháng)在Graphite/TiC基底上，形成(chéng)了類似魚鱗結構的納米構築。其相關性能(néng)測試顯示，具有魚鱗結構的G/TiC/Ti3C2表現出了較高的介電損耗和吸波能(néng)力：G/TiC/Ti3C2在X波段（8-12GHz）的最低反射系數可達-63dB，有效吸波帶寬可達3.5GHz，其吸波性能(néng)遠優于單相Ti3C2的MXene材料。另外，研究人員發(fā)現通過(guò)簡單混合方式所獲得的MXene/Graphite材料均不能(néng)達到吸波增強效果。

　　進(jìn)一步分析表明，由于Graphite、TiC和Ti3C2在電子能(néng)帶結構與介電性能(néng)方面(miàn)的差異，在Graphite/TiC/Ti3C2界面(miàn)處能(néng)夠形成(chéng)了大量的納米界面(miàn)異質結，進(jìn)而阻礙電子在複合結構中的有效遷移。在電磁波的作用下，二維材料表面(miàn)激發(fā)出的大量電荷在界面(miàn)異質結處聚集，形成(chéng)空間電荷極性區；該空間電荷極性區能(néng)夠對(duì)電子遷移形成(chéng)散射效應，從而顯著增強電磁波功率在該複合材料上的耗散。

　　另外，鱗片狀結構實現了Graphite和MXene二維材料的高導電c平面(miàn)相互垂直，從而能(néng)夠實現最大效率的同電磁波相互協同作用。以上工作不僅爲設計制備應用于電磁波吸收的MXene納米複合材料提供了一種(zhǒng)全新的策略，也對(duì)MXene納米複合材料在儲能(néng)、催化等領域的設計制備具有一定的啓示作用。相關工作發(fā)表在Adv. Electron. Mater. (DOI:10.1002/aelm.201700617)上。

MXene/Graphite異質結構的微觀形貌及其在X波段的吸波性能(néng)

　　（核能(néng)材料工程實驗室（籌）黃慶）