氮含量可调的碳氮化钛Ti3C2-yNyTx MXene材料性能调控及其电磁波吸收应用研究

本文系统研究了通过调控氮含量实现Ti3C2-yNyTx MXene材料性能定向调控的策略。通过HF溶液蚀刻法成功制备高纯度二维材料，发现氮掺杂可诱导室温铁磁性（Magnetism），通过磁/介电损耗协同机制实现多频段电磁波（EMW）高效吸收，为碳氮化物MXenes在隐身材料领域的应用提供重要理论依据。

　　

Highlight

氮掺杂碳化钛MXene材料展现出可调的物理化学特性，其电磁波吸收性能通过氮含量调控实现突破性进展。

Section snippets

Ti₃AlC_2-yN_y前驱体制备

以钛粉、氮化铝(AlN)、铝粉和石墨为原料，按化学计量比3:y:(1.1-y):(2-y)（y=0.3/0.5/0.8/1）球磨混合后压坯，在1430°C氩气氛中无压烧结1小时制备高纯度MAX相前驱体。

二维Ti₃C_2-yN_yT_x表征

如图1a所示，Ti₃AlC_2-yN_y保持层状结构，氮原子部分取代碳位点。XRD图谱（图1b）显示主相为Ti₃AlC_2-yN_y，含少量TiC_xN_y杂相。通过20%氢氟酸(HF)溶液50°C蚀刻2小时成功获得二维MXene薄片，SEM显示典型手风琴状形貌（图1c），EDS证实氮元素梯度分布（图1d）。

结论

通过调控氮含量（y=0.3-1.0）成功实现Ti₃C_2-yN_yT_x材料性能定向调控：氮含量增加导致晶格参数扩大（a轴从3.05?增至3.08?，c轴从18.38?增至19.16?），电导率从2.4×10⁵S/m降至1.1×10⁴S/m，同时诱导产生室温铁磁性（饱和磁化强度最高达0.125emu/g）。电磁波吸收性能显著提升，Ti₃CNT_x（y=1）在2.5mm厚度下实现有效吸收带宽（EAB）覆盖5.2GHz，最小反射损耗（RL_min）达-58.7dB，展现出卓越的多频段（S/C/X/Ku波段）协同吸收能力。