低紅外發射材料在紅外隱身、輻射熱偽裝、被動輻射加熱、建筑節能等領域具有廣泛應用。金屬是典型的低紅外發射體，但其易腐蝕、密度高、難加工等缺點限制了其應用。自然界中，具有類金屬強度的非金屬低紅外發射材料非常少見。MXene具有與金屬相媲美的表面低紅外發射率，但宏觀組裝的MXene材料（如薄膜）力學性能普遍較差，抗拉強度只有幾十兆帕，遠低于金屬，阻礙了其實際應用。引入增強材料能起到很好的增強效果，但引入的增強材料通常是高紅外發射體，嚴重增加了MXene薄膜的紅外發射率。如何制備與金屬強度相當的低紅外發射MXene薄膜材料依然極具挑戰。
近日，鄭州大學材料學院王建峰副教授和王萬杰教授團隊通過真空輔助交替抽濾的方法構筑了具有連續GO增強內層和連續MXene功能化外層的MXene/GO交替多層薄膜（簡稱MGM薄膜）。獨特的交替多層結構賦予MXene和GO納米片更高取向排列性、更強氫鍵相互作用和更致密層狀結構。MGM薄膜兼具高強度(422 MPa)和低紅外發射率(12%)，可與典型不銹鋼薄膜(415 MPa、15.5%)相媲美。MGM薄膜具有優異的紅外隱身（熱偽裝）性能，可將高溫物體的熱輻射溫度從511°C降低到176°C。除低紅外發射率外，MGM薄膜還具有高太陽光吸收率(77.5%)和高導電性(3871 S/cm)，賦予其優異的光熱轉換性能（實際太陽光照下光熱轉換效率70.2%）、焦耳加熱性能和高比電磁屏蔽效能。此外，MGM薄膜的力學性能、紅外隱身、太陽能/焦耳加熱、電磁屏蔽性能可以在長時間戶外老化后保持穩定，也可以抵抗許多嚴酷的應用場景，包括強酸/堿/沸水浸泡，極端低溫(?196°C)甚至高溫(350°C)。該研究以“High-strength, low infrared-emission nonmetallic films for highly efficient Joule/solar heating, electromagnetic interference shielding and thermal camouflage”為題發表在最新一期的《Materials Horizons》上。
圖1. 圖文摘要。
圖2. MGM薄膜的制備工藝及形貌結構。
圖7. 不同應用場景下MGM薄膜的功能穩定性。
原文鏈接：https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2022/mh/d2mh01073a
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