透明MXene薄膜与微波电磁辐射的相互作用

通信技术的快速发展对电磁干扰屏蔽材料提出了更高的要求。然而，通过薄膜吸收电磁辐射来实现高屏蔽效率(SE)仍然是一个挑战，但这正是微尺度、柔性和可穿戴设备所需解决的难题。2D碳化钛MXene Ti₃C₂T_x，之前已被证明可以有效地反射电磁波。本文研究了超薄Ti₃C₂T_x薄膜的电磁屏蔽性能，并记录了4nm厚薄膜高达50%的吸收率。结果测得，在4~40nm厚度薄膜的内部平均电导率达到10⁶S/m，同时平均弛豫时间估计约为2.3ps。本文数据与所报道的超薄金属薄膜(如金)的数值相似，证明MXene材料可以取代贵金属在电磁屏蔽上应用。同时也证明MXene的导电机制从直流电到太赫兹不会改变。报告指出EMI SE与透射、反射和吸收功率的**值相关，使得能够解释MXene EMI屏蔽的先前结果。*后MXene薄膜可以从溶液沉积到各种基底表面上，为屏蔽微型设备和个人电子产品提供了一种有吸引力的替代方案。

图2. (a)反射、透射、吸收随喷涂Ti₃C₂T_x 膜厚度的变化。在8nm处，观察到50%的吸收。随着厚度的增加，吸收减少，反射占主导地位  (b)反射率与SE_R (c)吸光度与SE_A (d)透过率与SE_T的相关关系

*后，分析了Ti₃C₂T_x薄膜与8.2~12.4GHz (X波段)电磁辐射的相互作用下随薄膜厚度变化的规律。对4nm的薄膜，吸光度高达49%。随着厚度的增加，反射占主导地位。这可以由阻抗匹配一半自由空间来解释的，即允许*大的吸收。阻抗的实部用于计算交流电导率值，数值与用四探针测量的直流片电阻高度一致。据估计，两种测量结果之间的体积平面内电导率几乎无疑。这表明，在直流和交流下，导电机理是相同的，在微波频率下的机理也可以用Drude模型来描述。基于这些结果，当阻抗条件匹配时，在较宽的频率范围内MXene薄膜可作为有效的吸收材料。因此通过设计可以制成多个纳米薄膜来组装成异质结构器件。结果再次证明了Ti₃C₂T_x的性能与掺杂Au薄膜相同；同时它具有多元元素（Ti、C和O）、易加工性以及独特和可调的物理化学性质使MXene在未来技术中具有吸引力。