磁性镍纳米颗粒-Ti3C2Tx MXene/聚酰亚胺复合材料的协同多机制微波吸收性能研究

为解决Ti3C2Tx MXene因高介电常数导致的阻抗失配问题，研究人员通过一步水热法将磁性Ni纳米颗粒与Ti3C2Tx复合，并以聚酰亚胺(PI)为基体制备新型吸波材料。该复合材料在1.2 mm厚度下实现-51.26 dB的最小反射损耗(RLmin)，有效吸收带宽(EAB)达5.19 GHz，为军事隐身技术提供了薄型宽频高性能解决方案。

　　

随着现代雷达探测技术的飞速发展，战机、坦克等军事装备的隐身性能面临严峻挑战。电磁波吸收材料通过减少目标对雷达波的反射，成为提升军事装备生存能力的关键。在众多候选材料中，Ti₃C₂T_x MXene因其独特的二维层状结构和高导电性备受关注，但其过高的介电常数导致电磁波难以进入材料内部——这个“门禁太严”的问题严重制约了实际应用。

为破解这一难题，苏州贝科纳米技术有限公司等机构的研究人员创新性地采用“磁电协同”策略，将磁性Ni纳米颗粒与Ti₃C₂T_x复合，再通过聚酰亚胺(PI)基体进行整合。这项发表于《Materials Science and Engineering: B》的研究显示，这种“三明治”结构不仅解决了阻抗匹配难题，还通过多重损耗机制实现了优异的吸波性能：当吸波剂含量为7.5 wt%时，材料在17.11 GHz频率处反射损耗达-51.26 dB（相当于吸收99.999%的电磁波），同时1.1 mm厚度下有效吸收带宽覆盖5.19 GHz，性能指标达到国际先进水平。

研究团队主要采用三步关键技术：通过含氟溶液蚀刻法制备少层Ti₃C₂T_x纳米片；采用一步水热法实现Ni纳米颗粒与MXene的均匀复合；最后通过溶液浇铸法制备PI基复合材料。X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)等表征手段证实，Ni纳米颗粒成功锚定在MXene层间，形成多级异质结构。

【结构表征】XRD分析显示，Ti₃AlC₂经蚀刻后(002)晶面衍射峰从9.47°移至6.45°，表明层间距扩大。Ni的引入使复合材料在44.3°和51.8°出现特征峰，证实磁性组分的存在。

【性能优化】当Ni与Ti₃C₂T_x质量比为1:2时，复合材料表现出最优阻抗匹配。PI基体的介电调控作用使电磁波能有效进入材料内部，而MXene的导电网络和Ni的磁损耗产生协同效应。

【损耗机制】研究揭示三重损耗路径：Ti₃C₂T_x的表面官能团（-O/-OH）引发偶极极化；Ni/Ti₃C₂T_x界面产生界面极化；MXene层状结构促使电磁波多次反射散射。

该研究不仅为MXene基吸波材料设计提供了新思路，其“薄、轻、宽、强”的特性更契合现代军事装备需求。特别是PI基体赋予材料优异的机械性能和热稳定性，使其在极端环境下仍能保持性能。正如通讯作者Chunpeng Chai指出，这种复合材料将推动新一代智能隐身涂层的发展，对提升国防科技水平具有重要意义。