基于此，复旦大学车仁超团队设计并制造了一种超薄MXene基复合膜（20µm），包含黑磷（BP）和镍链（m-B-m（Ni）），具有集成的高效热红外隐身、可见光吸收和电磁波屏蔽。M-B-M（Ni）表现出0.1的极低红外发射率，降低了周围环境和目标设备之间的辐射温差。BP提供了80%的高太阳能吸收率，这保证了从可见光到热的能量转换。此外，M-B-M（Ni）的电磁屏蔽效率的吸收比例比纯MXene膜的吸收比例（68.7%）高16%，这是由于通过磁性Ni链的修饰改善了磁损耗。由于MXene、BP和Ni链的综合优点，M-B-M（Ni）为构建先进的多光谱兼容材料开辟了一条道路，用于热红外隐身、电磁波屏蔽和能量转换等多用途应用。该论文以“Flexible MXene-Based Composite Films for Multi-Spectra Defense in Radar, Infrared and Visible Light Bands”为题发表在Advanced Functional Materials期刊上。
图1 MXene膜的制备与设计
MXene膜的制备与设计
MXene和BP之间的相互作用是以弱范德华力，层与层不会彼此分离。随后，通过静电力组装带正电的PDDA修饰的Ni链和带负电的MXene，进行相同的过滤步骤制备出由MXene、BP和Ni链构成的M-B-M（Ni）膜，其中每个组分在促进一般性能方面发挥相应作用。在这项研究中，M-B-M（Ni）膜在高温环境中表现出红外隐身性，因为MXene的红外发射值低，BP的可见光吸收显著，并且由于镍链的SEA比例提高，具有出色的EMI屏蔽性能。这样一种简单有效的合成过程使得多功能材料和相关应用场景的探索成为可能。
图2 MXene膜的机械性能
图2e显示了Ni、P、Ti、O和C的分布，Ti分布在底部和上层，P分布在中间层，这与M-B-M（Ni）薄膜的结构一致。可以看出，M-B-M（Ni）膜的厚度<20µM，有利于在需要薄厚度和轻重量的潜在应用。此外作者对独立的M-B-M（Ni）膜进行不同程度的机械变形，以探索膜的柔性（图2j–n）。在弯曲、折叠和展开后，薄膜保持了最初的状态，没有出现严重的故障。此外，整个薄膜可以绕着一根细棒滚动（图2n），清楚地显示出其优异的柔韧性。因此，M-B-M（Ni）膜显示出结构均匀性和固有的灵活性，有利于其在多功能场景中的应用。
图3 薄膜的红外隐身应用
根据斯特凡·玻尔兹曼定律，物体的热辐射与表面红外发射率（ε）和热力学温度（T）的四次方成正比。因此，使用五个薄膜测量ε值，如图3a所示。有趣的是，薄膜的平均ε值低于0.2，而M、M-M（Ni）和M-B-M（镍）膜的ε值仅达到0.1。进一步综合热发射率数据表明，M-BM（Ni）膜可以有效阻止红外信号辐射和温度升高，这有利于整体红外隐身性能。此外纯Ti3C2Tx MXene复合膜显示出80%的高效率（图3f），比金属吸收体的效率高两倍。M-BM（Ni）膜在放大光谱（0.38–0.78µM）中的吸收，特别是在波长>0.5µM时的吸收，明显高于纯MXene，因为存在具有强光学吸收的BP。而且由于中红外反射的增加，吸收强度迅速降低到相对较低的值（图3f）。所制备的黑色M-B-M（Ni）膜在IR波段表现出>90%的高反射，导致低发射率。结合其覆盖整个太阳光谱的高吸收率（80%），该薄膜实现了高的太阳能热转换效率，这使其广泛适用于节能。
图4 薄膜的EMI性能
导电性通常是先进EMI屏蔽材料的主要目标。图4a显示了五种薄膜的电导率。纯MXene膜表现出165.5 S cm−1的最高电导率，而三种含镍膜表现出相对较低的值。具体而言，M-M（Ni）-B膜的电导率为129.0 S cm−1，而M-B-M（Ni）膜的电导率仅为108.7 S cm−1。从理论上讲，Ni组分导致的导电性显著降低应导致EMI SE性能较弱。然而，所有膜在X波段（8.2–12.4 GHz）的SET值均大于50 dB，彼此之间的差异为4 dB。也就是说，尽管电导率显著下降，但也达到了相对的EMI SE性能的需求（图4b，c）。人们普遍认为，具有优异导电性的层状MXene作为有利的导体。在外部电磁场下，电子可以被触发沿着MXene的水平表面迁移和跳跃，从而促进EMW能量转化为热量。同时，MXene、BP和Ni链之间的大量界面激活了由外部电场驱动的电荷生成，由于界面极化行为，促进了EMW能量的耗散。此外，镍链可以发出许多磁力线，在合成过程中轻微氧化产生的粗糙表面赋予了增强的磁相互作用，这验证了磁耦合的出现（图4h）。受益于各种机制，镍链实现了有效的磁损耗能力，以提高总EMI SE中的吸收比例，从而提高屏蔽性能。
总结：M-B-M（Ni）薄膜实现了从雷达、红外到可见光的多光谱防御，填补了多光谱防御材料研究的空白。MXene、BP和Ni组分的集成使膜具有实现多光谱防御的能力，这对多功能系统的开发有重大意义。
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