综述：MXene及其复合材料在电磁波吸收领域的最新研究进展

《Materials Today Physics》：Recent Research Progress of MXene and its Composites in the Field of Electromagnetic Wave Absorption

　　MXene基复合材料电磁波吸收性能优化研究综述|MXene|电磁波吸收|复合材料结构设计|阻抗匹配协同效应

　　

刘涵|刘远军

天津工业大学纺织科学与工程学院，中国天津300387

章节摘录

MXene概述

MXene是一种二维（2D）材料，由Gogotsi等人在2011年首次发现[19]，[20]。MXene（M_n+1X_nT_x）通常是通过从其层状母体化合物MAX（M_n+1AX_n）中选择性蚀刻“A”层来制备的（图1a）[21]。这种蚀刻过程得益于M原子和X原子通过共价键形成M6X八面体结构，其中X原子位于八面体的中心。由于A原子更具反应性且键合能较弱，因此可以对其进行选择性蚀刻。

电磁波吸收机制

电磁波吸收材料的电磁波吸收性能取决于材料的相对复介电常数ε_r和相对复磁导率μ_r，如公式（1）、（2）所示。$$$$其中：ε' - 相对复介电常数的实部；ε'' - 相对复介电常数的虚部；μ' - 相对复磁导率的实部；μ'' - 相对复磁导率的虚部。

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基于MXene的整体电磁波吸收材料

过渡金属碳化物MXene凭借其独特的化学成分、结构和较大的比表面积，在电磁波吸收领域得到了广泛应用。然而，MXene的高导电性会导致阻抗不匹配，从而阻碍电磁波进入材料进行耗散。因此，调整MXene的固有性质以实现优异的电磁波吸收性能仍然是一个挑战。

多孔MXene...

基于MXene的二元复合电磁波吸收材料

由于MXene具有较高的介电性能但缺乏磁损耗能力，单独使用时其阻抗匹配无法满足高性能电磁波吸收材料的要求。因此，将MXene与其他损耗材料复合可以增强电磁波的衰减和损耗，改善阻抗匹配，并提高电磁波吸收效果。

基于MXene的三元复合电磁波吸收材料

MXene与单一损耗材料复合时有时会存在一些局限性，例如阻抗不匹配、吸收带宽较窄以及电磁波吸收强度较弱。因此，通过复合多种材料可以实现多种损耗机制的协同作用，从而优化阻抗匹配并实现优异的电磁波吸收[19]。

基于MXene的四方及更高阶复合电磁波吸收材料

单组分多层Ti₃C₂T_x MXene由于其受限的层状结构和单一的损耗机制，难以展现出理想的电磁波吸收性能，无法同时满足“轻质、薄型、宽带和强吸收”的要求，并适应空间环境的变化。因此，采用多组分设计来改善阻抗匹配、增强电磁波吸收效果并协同利用多种损耗机制是可行的。

结论与展望

在追求高性能电磁波吸收材料的过程中，“轻质、薄型、宽带和强吸收”这四个核心性能指标往往相互制约。本文系统地综述了基于MXene的复合材料，通过调节组分和优化结构，在不同程度上实现了这些目标的协同优化。虽然单一的MXene具有轻质特性和良好的导电损耗能力，但其...

CRediT作者贡献声明

刘远军：撰写 – 审稿与编辑、监督、方法论设计、资金申请。刘涵：撰写 – 审稿与编辑、初稿撰写、概念构思

数据可用性

作者无法或选择不说明具体使用了哪些数据。

利益冲突声明

? 作者声明他们没有已知的可能会影响本文研究工作的财务利益或个人关系。

致谢

本项工作得到了中国工程院战略研究与咨询项目（2024-XZ-41）、中国山东省博士后创新项目（SDCX-ZG-202400284）以及教育部高性能纤维与制品重点实验室（2232024G-02）的支持。