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  隨著信息通訊行業(yè)的高速發(fā)展，第六代移動(dòng)通信技術(shù)（6G）的相關(guān)研究正在成為備受關(guān)注的前沿領(lǐng)域。中美日韓等設(shè)定的6G信號(hào)操作頻段將覆蓋高頻吉赫茲（GHz）到太赫茲（THz）波段，其傳輸速率將達(dá)到1Tbps，網(wǎng)絡(luò)延遲降低到微秒級，真正實(shí)現(xiàn)“空天地海”一體化通信。然而相比于5G，6G信號(hào)頻率高，傳輸速率快，器件發(fā)熱量大，使用環(huán)境更為嚴(yán)苛，這也導(dǎo)致其更易受到干擾，因此，對超寬頻電磁屏蔽材料提出了更高的要求，需要發(fā)展多功能集成的新材料體系。

  近日，南開大學(xué)黃毅教授團(tuán)隊(duì)報(bào)道了一種集力熱電磁等多功能一體化的MXene寬頻電磁屏蔽薄膜。基于“氫鍵誘導(dǎo)自組裝”設(shè)計(jì)理念，作者將MXene和芳香族聚酰胺（PA）乳液進(jìn)行溶液復(fù)合，利用兩者間豐富的氫鍵相互作用，實(shí)現(xiàn)原位組裝沉降，然后經(jīng)由真空抽濾制備復(fù)合薄膜。研究發(fā)現(xiàn)，該復(fù)合材料具有三個(gè)顯著優(yōu)勢。首先，該薄膜對GHz和THz信號(hào)均具有強(qiáng)烈的電磁響應(yīng)性質(zhì)，在低厚度下可實(shí)現(xiàn) THz/ GHz兼容的高屏蔽性能（52.7 dB@0.2~1.6 THz，38.9dB@8.2~12.4GHz）。 其次，MXene 和PA間高密度氫鍵相互作用賦予了復(fù)合薄膜優(yōu)異的機(jī)械性能（493 MPa）和耐熱性（Tg > 260℃和 Td > 520℃）。第三，復(fù)合材料具有良好的嚴(yán)苛環(huán)境穩(wěn)定性，在高/低溫（-193~250℃）、短時(shí)熱沖擊（500℃/30s）、酸/堿/鹽侵蝕等各種惡劣環(huán)境下均展現(xiàn)出較好的耐久性，其電磁屏蔽性能和機(jī)械性能幾乎沒有變化。此外，它還集成了出色的焦耳加熱性能，輸出溫度可穩(wěn)定保持在225℃。綜上，該薄膜材料顯示出優(yōu)異電磁屏蔽和多功能特性，在未來6G通信等領(lǐng)域顯示出巨大的應(yīng)用潛力。 

圖一：MXene/PA復(fù)合薄膜的制備流程及自組裝機(jī)制

圖4. 復(fù)合薄膜的THz波屏蔽性質(zhì)

  論文鏈接：https://doi.org/10.1039/D2TA09879B

通訊作者簡介：

  黃毅，南開大學(xué)材料學(xué)院教授，副院長，碳納米及高分子復(fù)合材料研究中心主任。先后承擔(dān)了國家自然科學(xué)基金、國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、973、863、國際合作、國防重點(diǎn)項(xiàng)目等20余項(xiàng)課題。在新型低維納米材料的設(shè)計(jì)制備、電磁性質(zhì)調(diào)控、高性能吸波/屏蔽材料開發(fā)和應(yīng)用等方面取得了系列創(chuàng)新成果，并開拓了其在電子信息、航空航天及國防軍工等領(lǐng)域的應(yīng)用。近年來，在Nat. Photonics, Adv. Mater., Nat. Commun., ACS Nano, Adv. Funct. Mater., Nano Lett.等刊物發(fā)表論文150余篇，先后有22篇文章入選ESI高被引論文，共被引用25000余次，H因子55，連續(xù)多次入選科睿唯安 “全球高被引科學(xué)家”及愛思唯爾“中國高被引學(xué)者”。曾獲國家自然科學(xué)二等獎(jiǎng)（2018）1項(xiàng)，天津市自然科學(xué)一等獎(jiǎng)2項(xiàng)（2015，2010）和二等獎(jiǎng)1項(xiàng)（2021）。