超宽频微波吸收/雷达隐身/抗菌吸附多功能复合超材料的设计与性能研究

　　为解决电磁干扰(EMI)和电磁污染问题，研究人员通过异质结构设计和多组分策略，开发了MXene/RGO/Ag(MRAg)复合超材料。该材料在20 wt%填充量下实现最小反射损耗(RLmin)达-47.28 dB，有效吸收带宽(EAB)达8.08 GHz，兼具35.6 dB?m2 雷达散射截面(RCS)缩减、抗菌和吸附净化功能，为雷达隐身和电磁防护提供了创新解决方案。

　　

随着5G通信和雷达技术的普及，电磁污染已成为"看不见的健康杀手"。传统吸波材料如铁氧体存在"厚、重、窄"三大痛点——吸收频带窄（通常<5 GHz）、匹配厚度大（>5 mm），且功能单一。更棘手的是，军事装备在实现雷达隐身的同时，还需应对战场环境中的微生物腐蚀；海洋设备则面临电磁防护与污染物吸附的双重挑战。如何像"瑞士军刀"一样打造多功能一体化材料，成为国际研究热点。

华南理工大学的研究团队独辟蹊径，将"材料基因"Ti₃
C₂
T_x
MXene（二维过渡金属碳化物）、还原氧化石墨烯(RGO)与银纳米颗粒(Ag)进行"分子级乐高"组装，创造出具有八重吸波机制的MRAg复合超材料。这项发表于《Applied Surface Science》的研究显示，该材料在2.2 mm薄层下即可实现99.998%的电磁波吞噬效率，相当于将手机辐射衰减百万倍，同时能杀灭99%的大肠杆菌，堪称"电磁黑洞与微生物克星"的完美结合。

关键技术包括：1）静电自组装构建MXene/GO异质结构；2）肼还原法原位合成Ag纳米颗粒；3）矢量网络分析仪测试微波参数；4）雷达散射截面(RCS)仿真评估；5）抑菌圈法测定抗菌性能。

【材料形态与结构表征】
通过SEM观察到MXene像"千层酥"般堆叠，RGO如同"渔网"穿插其间，Ag纳米颗粒则像"珍珠"均匀点缀（图1）。XPS证实材料表面存在Ti-O-C化学键，这种"分子焊接"使界面结合能提升3.8倍。

【微波吸收性能】
当电磁波闯入这个"迷宫阵"时：1）MXene与RGO形成的"纳米电容器"产生界面极化；2）Ag纳米颗粒引发等离子体共振，形成"量子天线"效应；3）多重反射使电磁波像"困兽"般衰减。在8 GHz频率下，2.2 mm厚样品反射损耗达-47.28 dB，意味着99.998%的电磁波被转化热能。

【雷达隐身性能】
RCS测试显示，MRAg涂层可使战斗机雷达信号缩减35.6 dB?m²
，相当于将B-2轰炸机的雷达反射面积从天鹅降至蚊子水平。这得益于MXene的"电磁陷阱"结构与Ag的相位抵消效应协同作用。

【抗菌与吸附性能】
Ag纳米颗粒通过"金属离子风暴"机制，3小时内即可全歼大肠杆菌。材料对亚甲基蓝的吸附量达458 mg/g，如同"纳米海绵"般高效净化污水。

该研究开创性地将超宽频吸波、雷达隐身、抗菌消毒、污染吸附四大功能熔于一炉。MRAg材料仅需20%填充量即可实现8.08 GHz超宽频吸收，打破"薄材难宽频"的行业魔咒。其创新点在于：1）通过Ag纳米颗粒调控阻抗匹配，解决"高吸收与窄频带"矛盾；2）利用MXene表面终止基团(-O, -F)构建偶极子极化"微电池"；3）多重异质界面形成电磁波"多级减速带"。这种"一材多用"设计理念，为下一代智能隐身装甲、舰艇电磁防护系统提供了革命性解决方案，同时开辟了环境净化-电磁防护协同技术的新赛道。