通过优化类似花朵结构的CuCo?S?排列方式，显著提升了MXene@CuCo?S?异质结构的电磁波吸收性能

《Applied Surface Science》：Enhanced electromagnetic wave absorption performance of MXene@CuCo 2S 4 heterostructures achieved by optimizing flower-like CuCo 2S 4 configuration

基于MXene与CuCo2S4异质结构设计的超薄电磁波吸收材料，通过调控铜钴比合成具有致密纳米片结构的CuCo2S4微球，与Ti3C2Tx MXene通过静电自组装构建三维异质结构，实现1.61mm厚度下-60.02dB极低反射损耗及5.04GHz有效吸收带宽，DFT模拟揭示电子转移与轨道杂化协同增强介电损耗，并形成多界面极化效应，为轻量化宽带电磁波吸收材料开发提供新策略。

　　随着无线通信技术与先进电子设备的迅猛发展，现代生活得到了显著提升。然而，这一进步也带来了日益严重的电磁波（EMW）污染问题。电磁波污染不仅影响电子设备的正常运行，还可能对人类健康造成潜在威胁。因此，研发高效、轻质、薄层化且具有宽频带吸收能力的电磁波吸收材料成为解决这些问题的关键。目前，传统的电磁波吸收材料，如碳基材料和磁性材料，虽然在某些应用场景中表现良好，但它们通常存在密度高、吸收带宽窄、易腐蚀等缺点，难以满足现代电子设备对高性能吸收材料的严格要求。

在这一背景下，二维材料因其较大的比表面积、超薄厚度、低密度以及良好的机械强度，被认为是一种有前景的电磁波吸收材料。其中，MXene作为一类新型的二维材料，因其独特的结构和丰富的表面终止基团而受到广泛关注。MXene的化学通式为M_n+1X_nT_x（n=1–3），其中M代表过渡金属元素（如Ti、Sc、Nb、Zr等），X代表氮或碳，而T_x表示表面终止基团。这些表面终止基团不仅赋予MXene良好的溶液加工性能，还使其具备较高的导电性（超过4600 S/cm），从而带来显著的导电损耗。此外，MXene的多层结构能够促进三维网络的形成，延长电磁波在材料中的传播路径，进一步提升其吸收能力。然而，MXene的高导电性也可能导致严重的阻抗失配，从而使得电磁波主要发生反射而非吸收。

为了解决这一问题，研究人员致力于通过合理设计MXene基异质结构，优化阻抗匹配，从而提高其电磁波吸收性能。例如，通过将MXene与其它材料结合，形成具有协同效应的异质结构，可以有效增强电磁波的吸收能力。金属硫化物因其半导体特性和独特的结构，在电磁波吸收领域也展现出巨大潜力。其中，二元金属硫化物CuCo₂S₄因其特有的尖晶石晶体结构而成为研究热点。这种结构能够使Cu和Co阳离子在晶格中协同占据，从而实现可调的电学性能和增强的介电损耗能力。这种阳离子的协同作用不仅有助于极化弛豫，还能够通过结构调控改善阻抗匹配，从而提升整体的电磁波吸收性能。

基于此，本文提出了一种创新的策略，通过构建MXene与CuCo₂S₄的三维异质结构，实现对电磁波吸收性能的优化。具体而言，研究者采用电荷自组装策略，将通过选择性刻蚀Ti₃AlC₂ MAX相材料获得的MXene与通过水热法合成的花状CuCo₂S₄微球结合，形成具有丰富异质界面和多孔结构的三维异质体系。这种结构设计不仅能够有效调节材料的电磁波吸收性能，还能够显著改善阻抗匹配，从而提升电磁波的吸收效率。

通过实验与理论分析，研究团队发现，花状CuCo₂S₄微球的形貌可以通过调节前驱体中Cu²⁺与Co²⁺的摩尔比来实现。当CuCo₂S₄微球由紧密堆积的细长纳米片构成时，其与MXene的结合能够显著增强材料的电磁波吸收能力。实验结果表明，这种复合材料在厚度为1.61 mm时，实现了最小反射损耗（RL_min）为?60.02 dB，有效吸收带宽（EAB）达到5.04 GHz。进一步增加材料厚度至1.65 mm时，EAB可扩展至6.02 GHz，覆盖Ku波段。这一结果表明，通过结构调控可以显著提升材料的电磁波吸收性能。

此外，密度泛函理论（DFT）模拟进一步揭示了这种三维异质结构在电磁波吸收中的作用机制。研究发现，MXene@CuCo₂S₄异质结构中的电子转移和轨道杂化能够诱导电荷的重新分布与极化效应。这种极化效应不仅有助于材料内部的界面极化和偶极松弛，还能够通过多重散射机制增强电磁波的衰减能力。与此同时，通过优化材料的阻抗匹配，可以进一步提升其整体的电磁波吸收性能。这种复合材料不仅能够有效吸收电磁波，还能够显著降低雷达截面（RCS），展现出优异的隐身性能。

本文的研究成果为设计高性能、轻质的MXene基电磁波吸收材料提供了一种新的思路。通过合理调控材料的组成与结构，可以实现对电磁波吸收性能的精确控制，从而满足不同应用场景的需求。同时，这种结构设计方法也具有良好的可扩展性，为未来在电磁波吸收材料领域的进一步研究奠定了基础。此外，研究团队还对材料的组成、结构与电磁波吸收性能之间的相关性进行了系统分析，进一步揭示了增强电磁波吸收行为的内在机制。这些发现不仅有助于理解MXene基材料在电磁波吸收中的作用原理，也为开发新型高性能电磁波吸收材料提供了理论支持。

综上所述，本文通过构建MXene与CuCo₂S₄的三维异质结构，成功实现了对电磁波吸收性能的优化。该材料在厚度为1.61 mm时，表现出优异的电磁波吸收能力，最小反射损耗达到?60.02 dB，有效吸收带宽达到5.04 GHz。通过进一步增加材料厚度至1.65 mm，有效吸收带宽可扩展至6.02 GHz，覆盖Ku波段。这种材料不仅具备良好的轻质特性，还能够有效降低雷达截面，展现出优异的隐身性能。此外，通过调节前驱体中金属离子的浓度，可以实现对花状CuCo₂S₄微球形貌的精确控制，从而进一步优化其电磁波吸收性能。这些结果表明，MXene与CuCo₂S₄的异质结构设计能够有效结合两种材料的优势，实现对电磁波吸收性能的协同增强。本文的研究成果为开发高性能、轻质的电磁波吸收材料提供了新的思路和方法，具有重要的理论和应用价值。