郑州大学王建峰/王万杰《Mater. Horiz.》：高强度低红外发射MXene复合薄膜用于红外隐身与辐射热管理

低红外发射材料在红外隐身、辐射热伪装、被动辐射加热、建筑节能等领域具有广泛应用。金属是典型的低红外发射体，但其易腐蚀、密度高、难加工等缺点限制了其应用。自然界中，具有类金属强度的非金属低红外发射材料非常少见。MXene具有与金属相媲美的表面低红外发射率，但宏观组装的MXene材料（如薄膜）力学性能普遍较差，抗拉强度只有几十兆帕，远低于金属，阻碍了其实际应用。引入增强材料能起到很好的增强效果，但引入的增强材料通常是高红外发射体，严重增加了MXene薄膜的红外发射率。如何制备与金属强度相当的低红外发射MXene薄膜材料依然极具挑战。

近日，郑州大学材料学院王建峰副教授和王万杰教授团队通过真空辅助交替抽滤的方法构筑了具有连续GO增强内层和连续MXene功能化外层的MXene/GO交替多层薄膜（简称MGM薄膜）。独特的交替多层结构赋予MXene和GO纳米片更高取向排列性、更强氢键相互作用和更致密层状结构。MGM薄膜兼具高强度(422 MPa)和低红外发射率(12%)，可与典型不锈钢薄膜(415 MPa、15.5%)相媲美。MGM薄膜具有优异的红外隐身（热伪装）性能，可将高温物体的热辐射温度从511°C降低到176°C。除低红外发射率外，MGM薄膜还具有高太阳光吸收率(77.5%)和高导电性(3871 S/cm)，赋予其优异的光热转换性能（实际太阳光照下光热转换效率70.2%）、焦耳加热性能和高比电磁屏蔽效能。

此外，MGM薄膜的力学性能、红外隐身、太阳能/焦耳加热、电磁屏蔽性能可以在长时间户外老化后保持稳定，也可以抵抗许多严酷的应用场景，包括强酸/碱/沸水浸泡，极端低温(−196°C)甚至高温(350°C)。该研究以“High-strength, low infrared-emission nonmetallic films for highly efficient Joule/solar heating, electromagnetic interference shielding and thermal camouflage”为题发表在《Materials Horizons》上（Mater. Horiz., 2023, 10, 235–247）。

图2. MGM薄膜的制备工艺及形貌结构。

图3. MGM薄膜的力学性能。

图4. MGM薄膜的红外发射特性与红外隐身性能。

图5. MGM薄膜的太阳光及焦耳加热性能。

图6. MGM薄膜的电磁屏蔽性能。

图7. 不同应用场景下MGM薄膜的功能稳定性。

封面来源：图虫创意