《Materials Today Nano》：Enhanced impedance matching driven by interfacial polarization in Ti3C2Clx@CuCo2S4 MXene heterostructures for efficient electromagnetic wave absorption
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MXene通过Cl终端和花状CuCo2S4微球协同调控介电损耗与内置电场，实现超宽频带（7.64 GHz）和低反射损耗（-60.41 dB）电磁波吸收，为轻质高吸波材料设计提供新策略。
向芳|余倩黄|林一冰|马静|于凯环|钟波|于远利|李宁|李强
中国科学院兰州化学物理研究所固体润滑国家重点实验室，中国兰州730000
摘要
MXene是一种极具前景的电磁波（EMW）吸收材料。然而，其高电导率常常导致阻抗不匹配，从而限制了其EMW吸收能力。本文提出了一种协同调节策略，通过引入Cl终端和花状CuCo2S4微球分别优化介电损耗和增强内置电场，从而调节MXene的EMW吸收能力。Cl可作为终端基团，而花状CuCo2S4微球则均匀地锚定在Ti3C2Clx上，形成相互连接的三维异质网络。通过调节Cu/Co比例，可以有效调控Ti3C2Clx@CuCo2S4的EMW吸收行为。具体而言，Ti3C2Clx@CuCo2S4-6在3.10毫米厚度下实现了7.64 GHz的超宽有效吸收带宽，而Ti3C2Clx@CuCo2S4-8则达到了-60.41 dB的最小反射损耗。这种增强的吸收性能主要归因于表面终止调节所诱导的优化介电损耗，以及界面电荷转移产生的内置电场和界面密度的增加，这通过密度泛函理论计算得到了验证。此外，雷达截面模拟显示了Ti3C2Clx@CuCo2S4在雷达隐身应用中的潜力。本研究为设计轻质、高性能的MXene基EMW吸收器提供了一种可行且有效的策略。
引言
第五代（5G）通信技术的快速发展显著加速了无线通信设备、智能终端和精密电子系统向更高集成度、更小尺寸和更强性能的演变[1]、[2]、[3]、[4]。这一变革深刻重塑了现代信息互连和电子产业的格局[5]、[6]、[7]。然而，由于设备集成度的提高，电磁环境的复杂性日益突出[8]、[9]、[10]。过量的电磁波（EMW）辐射不仅会干扰电子元件的稳定运行，还可能对人类健康、生态环境和军事设备的电磁安全构成威胁[11]、[12]、[13]。在这种背景下，开发具有强EMW吸收能力和宽有效吸收带宽（EAB）的轻质EMW吸收材料已成为电子信息和国防领域亟待解决的关键科学和工程挑战[14]、[15]、[16]、[17]、[18]。
在各种候选材料体系中，二维（2D）材料因其较大的比表面积、层状结构、低密度和内在的机械强度而成为极具前景的EMW吸收材料[19]、[20]、[21]。它们的层状结构特别有利于引起入射EMW的多次内部反射和散射，同时促进界面极化过程，从而延长传播路径并增强吸收器内的能量耗散。在这些材料中，过渡金属碳化物和氮化物（MXenes）因其金属级的电导率和可调的表面终止特性而受到广泛关注[22]、[23]、[24]、[25]。这些特性赋予MXenes强大的导电损耗能力和良好的加工性能，使其成为下一代EMW吸收材料的理想构建块。
然而，MXenes的这些优点也伴随着内在的矛盾：过高的电导率和介电响应可能导致阻抗不匹配，使得入射EMW主要通过反射而非有效衰减来传播。同时，MXene纳米片在制备和应用过程中容易堆叠，这降低了有效界面的密度，并抑制了极化松弛和界面极化等耗散途径[26]、[27]、[28]、[29]。为了解决这些问题，我们在之前的研究中提出了两种策略，即异质结构构建和终止工程，以增强Ti3C2Tx MXene的EMW吸收性能。一方面，将Ti3C2Tx与花状CuCo2S4微球耦合，通过多界面极化和多次散射显著增强了Ti3C2Tx MXene的EMW衰减[30]、[31]、[32]。然而，Ti3C2Tx仍表现出相对较高的介电响应，阻抗匹配仍有进一步优化的空间。另一方面，通过熔盐蚀刻对Ti3C2Clx进行终端修饰，通过电荷转移和适度的极化改善了阻抗匹配。然而，仅靠终止工程不足以同时构建高密度的异质界面和层次化的传输路径，从而限制了宽带响应、强衰减和结构稳定性之间的协同作用。基于之前的工作和上述考虑，将Cl终止带来的阻抗匹配优势与CuCo2S4微球引入的多界面耗散结构相结合，是可行的。
在这项工作中，我们提出了一种协同调节策略，通过将Ti3C2Clx MXene与尖晶石CuCo2S4微球结合，构建多界面异质结构，从而利用终止工程和异质界面结构的互补作用。Ti3C2Clx MXene是通过熔盐蚀刻方法制备的，如我们之前的工作所述。然后，通过水热法合成花状CuCo2S4微球，并通过十六烷基三甲基溴化铵介导的静电相互作用与带负电的Ti3C2Clx纳米片组装，形成了紧密耦合的三维（3D）Ti3C2Clx@CuCo2S4异质结构。这种相互连接的多孔框架显著增加了异质界面的密度，激活了界面极化松弛，同时促进了多次散射，延长了EMW在吸收器内的传播路径。更重要的是，通过调节Cu/Co摩尔比可以调节形态，从而有效调节吸收性能。结果，Ti3C2Clx@CuCo2S4复合材料表现出优异的EMW吸收性能，Ti3C2Clx@CuCo2S4-6在3.10毫米厚度下实现了7.64 GHz的超宽EABmax，而Ti3C2Clx@CuCo2S4-8达到了-60.41 dB的深度最小反射损耗（RLmin）。总体而言，这项工作为基于MXene的EMW吸收器的发展提供了宝贵的见解。
材料
MAX（Ti3AlC2）由佛山新西科技有限公司提供。氯化镍（NiCl2）、氯化钠（NaCl）和氯化钾（KCl）来自上海麦克林生化科技有限公司。无水乙醇（C2H5OH）、五水合硫酸铜（CuSO4·5H2O）、六水合氯化钴（CoCl2·6H2O）、硫脲、乙二醇（EG）、十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）和石蜡购自国药化学试剂有限公司。这些化学试剂被用于
Ti3C2Clx@CuCo2S4异质结构的组成和微观结构
如图1a所示，Ti3C2Clx@CuCo2S4异质结构的构建基于可控的界面密度，同时保持适中的电导率。该设计旨在同时增强EMW衰减能力和改善阻抗匹配特性。首先，通过熔盐蚀刻选择性地去除Ti3AlC2中的铝层，得到Ti3C2Clx，其表现出典型的层状形态。随后，将花状CuCo2S4微球
结论
总结来说，本研究提出了一种基于MXene的异质结构制备策略，强调了介电损耗和内置电场的协同调节，从而构建了高性能的MXene基EMW吸收系统。通过结合水热合成和静电自组装，花状CuCo2S4微球牢固地锚定在Ti3C2Clx纳米片上，形成了一个提供高密度异质性的相互连接的三维（3D）异质网络
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文报告的工作。
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文报告的工作。
致谢
本工作得到了国家自然科学基金（项目编号：52575248）、甘肃省青年人才项目（项目编号：2026QNGR002）和中国科学院的战略重点研究计划（项目编号：XDB0470201）的支持。作者衷心感谢在样品表征、写作协助等方面的其他同事和学生的帮助。
