近日，材料與環(huán)境工程學(xué)院研究生應(yīng)夢(mèng)凡以第一作者、杭電第一單位在領(lǐng)域內(nèi)頂刊Angewandte Chemie-International Edition (影響因子15.336)上發(fā)表題為Wrinkled Titanium Carbide (MXene) with Surface Charge Polarizations through Chemical Etching for Superior Electromagnetic Interference Shielding的文章，這是近年來(lái)材環(huán)學(xué)院致力于研究生培養(yǎng)的又一個(gè)階段性的突破。其中，材料與環(huán)境工程學(xué)院張雪峰教授為論文通訊作者，趙榮志博士、胡鑫副教授、張振華博士、劉偉偉博士、余潔意博士、劉孝蓮博士、劉先國(guó)教授，東北大學(xué)李逸興博士，浙江大學(xué)吳琛副教授為共同作者。
新世紀(jì)以來(lái)，隨著現(xiàn)代社會(huì)通信技術(shù)的快速發(fā)展和電子設(shè)備的廣泛應(yīng)用，電磁干擾(EMI)現(xiàn)象已經(jīng)對(duì)人類社會(huì)的發(fā)展發(fā)生阻礙，為避免數(shù)據(jù)丟失、系統(tǒng)故障以及對(duì)人體健康的危害，電磁屏蔽材料在日常生活中扮演著越來(lái)越重要的角色。尤其是可穿戴智能電子產(chǎn)品的普及，人們迫切需要一種高效、輕質(zhì)、超薄的電磁屏蔽材料。2016年，二維過(guò)渡金屬碳化物/氮化物/碳氮化物MXene首次應(yīng)用于電磁屏蔽領(lǐng)域，由于超高的導(dǎo)電性以及獨(dú)特的二維層狀結(jié)構(gòu)，其表現(xiàn)出了超高的電磁屏蔽效率，被認(rèn)為是一種理想的新型二維屏蔽材料。
通常以言，高效的電磁屏蔽效率往往對(duì)應(yīng)于較高的導(dǎo)電率，但是通過(guò)增加導(dǎo)電性來(lái)增加屏蔽性能會(huì)受到材料本征特性的限制，有趣的是，通過(guò)構(gòu)造缺陷以及三維結(jié)構(gòu)來(lái)激發(fā)界面極化形成電偶極子可以促進(jìn)電磁波的吸收。在本次工作中，我們通過(guò)硫酸刻蝕二維MXene納米片來(lái)引入缺陷或位錯(cuò)，缺陷與位錯(cuò)濃度的增加會(huì)導(dǎo)致MXene薄膜內(nèi)應(yīng)力的變化從而誘導(dǎo)非人工褶皺的形成，KPFM以及第一性原理計(jì)算表明褶皺誘導(dǎo)生成的過(guò)程中會(huì)在薄膜表面產(chǎn)生電偶極子，這些電偶極子極大的增強(qiáng)材料對(duì)入射電磁波的吸收，之后通過(guò)褶皺薄膜的堆積來(lái)增強(qiáng)電偶極子對(duì)電磁波的吸收作用從而實(shí)現(xiàn)在極小厚度下的超強(qiáng)電磁屏蔽性能。這一工作為設(shè)計(jì)高效電磁屏蔽材料提供了一種嶄新的思路。
圖 1 褶皺MXene薄膜的（a）-（c）設(shè)計(jì)思路和（d）實(shí)物圖；（e-g）0、2、6 h刻蝕后的微觀形貌；（h）透射電鏡下褶皺薄膜形貌；（i-k）球差電鏡觀測(cè)Ti空位
圖 2 褶皺MXene薄膜中電偶極子形成。（a）理想晶體結(jié)構(gòu)，（b）單原子Ti空位，（c）Ti空位簇示意圖。第一性原理計(jì)算中中（d）Ti空位附近的電荷密度分布。（e）原始MXene和褶皺MXene之間的能量差和鈦空位誘導(dǎo)的偶極矩。在化學(xué)蝕刻（f）0 h、（g）2 h和（h）6 h時(shí)，褶皺MXene薄膜表面電位分布
圖 3（a）屏蔽性能與刻蝕時(shí)間關(guān)系圖；（b）單層MXene薄膜屏蔽性能與厚度關(guān)系圖；（c）單層MXene薄膜和（d）堆垛MXene薄膜屏蔽性能與頻率關(guān)系圖；（e）堆垛MXene薄膜屏蔽性能與厚度關(guān)系圖
圖 4該工作制備的MXene薄膜與其它材料的性能對(duì)比
該工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、科技部重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、浙江省杰出青年科學(xué)基金等項(xiàng)目的支持。
