MXene/PET柔性薄膜的新突破：全光谱电磁屏蔽与透明隐身

研究背景   

随着6G通信、自动驾驶和虚拟现实等技术的发展，对材料的多功能集成需求日益迫切，尤其是在光学透明性、紫外吸收、红外隐身及宽频电磁屏蔽等方面。传统导电材料（如ITO、碳纳米管）虽在单一领域表现优异，但难以同时满足多光谱响应和高透明性的要求。MXene作为新兴二维材料，具备可调的光电特性和层状结构，但其传统制备方法（如旋涂、喷涂）存在表面粗糙、结构松散和生产效率低等问题，限制了其在高频电磁屏蔽和光学领域的应用。因此，开发一种兼具高透明性、宽频电磁响应和红外隐身的多功能MXene薄膜成为关键挑战。

研究成果

高度集成的多功能材料对于下一代飞行器和电子通信设备的发展至关重要。中科学金属研究所曾尤研究院团队首次采用扫描离心铸造（SCC）技术制备了一种具有高光学透明性和宽多光谱电磁响应的新型超薄MXene薄膜。这种MXene涂覆的PET薄膜显著集成了透明性、紫外吸收、红外（IR）隐身以及从千兆赫（GHz）到太赫兹（THz）频段的电磁屏蔽功能，以满足多功能应用的多样化需求。这种一体化集成的柔性薄膜表现出优异的光电性能（在82%透明度下薄层电阻为163 Ωsq-1，品质因数为10.88）、出色的红外隐身性能（红外发射率低于55%）以及超宽频电磁屏蔽性能（在GHz至THz频段的屏蔽效能超过10 dB）。这种卓越性能归因于MXene的固有多功能性、超薄厚度、纳米片的水平排列以及SCC工艺中实现的强界面相互作用。这些一体化柔性MXene薄膜在飞机窗口、可穿戴电子设备和下一代通信技术中展现出巨大的应用潜力。相关研究以“All-In-One Flexible MXene/PET Films via Scalable Scanning Centrifugal Casting for High Transparency and Ultra-Wide Multispectral Electromagnetic Responses”为题发表在Advanced Science期刊上。

研究内容   

1. 扫描离心铸造（SCC）技术制备MXene/PET薄膜   

 通过SCC技术将超薄MXene纳米片（厚度≈2 nm）均匀涂覆在PET基底上，利用离心力和剪切力实现MXene纳米片的水平排列和紧密堆积，形成光滑、紧凑的薄膜结构。通过调节针头进给速度和沉积时间，精确控制MXene层厚度（2.83 nm至33.5 nm），获得不同透明度（45%–93%）和 Sheet Resistance（77.9–163 Ω sq?1）的薄膜。  

2. 多光谱性能与电磁屏蔽特性  

光学性能：在可见光范围（550 nm），MX-3薄膜透明度达82%，同时具备强紫外吸收（UV区透射率<20%）和低红外 emissivity（<55%），实现红外隐身效果。红外热成像显示，50℃时薄膜表面辐射温度仅34.4℃，温度偏差达15.6℃，有效降低热信号。

电磁屏蔽：在GHz至THz频段（0.03–3 GHz、8.2–12.4 GHz、0.5–3 THz），MXene/PET薄膜屏蔽效能（SE）均超过10 dB，其中MX-4薄膜在THz频段SE达17 dB，反射系数（R）高达72%，主要归因于表面电流密度增强和趋肤效应。  

 3. 结构与性能关联

MXene 纳米片的水平排列和紧密堆积（层间距1.36 nm）减少了光散射，提升透明度；高电导率（FoM值10.88）和超薄厚度（8.36 nm）使其在保持高透明的同时实现高效电磁反射。界面强相互作用和光滑表面（粗糙度2 nm）进一步优化了光电性能。