随着电子信息技术的快速发展，电磁干扰现象日趋明显，已经严重危害到信息安全和人体健康，而发展高性能电磁屏蔽材料是解决这一问题的关键，同时为满足电子设备高度集成化要求，轻质和超薄化也成为当前研究目标之一。

MXene作为一种二维过渡金属碳化物/氮化物/碳氮化物，由于其优越的导电性可以实现对大部分电磁波的反射，因此在电磁屏蔽领域展现出了巨大的潜力。然而，受限于材料的本征特性，其电导率不能无限制提高，这也同时限制了其电磁屏蔽性能的进一步提升。

杭州电子科技大学张雪峰教授研究团队长期致力于高性能电磁波吸收材料研究，提出了金属单原子掺杂碳材料诱导电极化增强电磁波吸收的设计策略（Phys. Rev. Lett. 2015, 115, 147610），并将该策略拓展至非金属原子掺杂碳材料体系（Sci. Bull. 2020, 65, 623），总结出了多离子联合替代学术思想。

近日，该团队利用化学法刻蚀MXene薄膜中Ti原子形成空位缺陷（Fig. 1a-c），Ti空位的存在引起局部应力的非对称性分布，导致MXene薄膜中出现大量褶皱（Fig. 1e-f）。结合第一性原理计算和开尔文探针力显微镜，证实了空位缺陷引起的电荷密度非对称性分布诱导电极化（Fig. 1h-j），形成的大量电偶极子使得制备的MXene薄膜兼具电磁波吸收和反射能力（Fig. 1d-f），不仅提高了材料电磁屏蔽性能，也进一步完善了多离子联合替代学术思想。

通过堆垛MXene薄膜引入结构屏蔽，利用薄膜层间反射实现相消干涉的同时增加了电磁波传播路径，充分发挥电偶极子的吸收作用。总之，该工作制备的褶皱MXene薄膜可以在20 μm厚度实现107 dB的屏蔽性能（Fig. 2）。

相比于金属和碳基材料，MXene薄膜兼具超薄化和高效屏蔽（Fig. 3），在40 μm厚度时屏蔽性能为85 dB（science 2016, 353, 1137），经高温退火处理后性能可提到至116 dB（science 2020, 369, 446），而本文中采用的策略只需简单的化学刻蚀即可得到相同的性能，且厚度在20-35 μm区间时性能远超高温退火处理的MXene薄膜。

该工作从通过缺陷工程构建电荷密度对称性破缺实现了电磁波吸收的增强，不仅完善了多离子联合替代的思想，也为合理设计和制备高性能屏蔽薄膜材料的设计提供了新的方向。

论文信息：

Wrinkled Titanium Carbide (MXene) with Surface Charge Polarizations through Chemical Etching for Superior Electromagnetic Interference Shielding

Mengfan Ying, Rongzhi Zhao, Dr. Xin Hu, Dr. Zhenhua Zhang, Dr. Weiwei Liu, Dr. Jieyi Yu, Dr. Xiaolian Liu, Prof. Dr. Xianguo Liu, Dr. Huawei Rong, Dr. Chen Wu, Dr. Yixing Li, Prof. Dr. Xuefeng Zhang

该工作得到了国家自然科学基金、科技部重点研发计划、浙江省杰出青年科学基金等项目的支持。

Angewandte Chemie International Edition

DOI: 10.1002/anie.202201323