智能电子产品和可穿戴设备的出现让人们的生活变得十分方便，随之衍生的电磁辐射对人体健康和设备可靠性有很大的影响，这引起了人们对高性能微波吸收(MA)和电磁干扰(EMI)屏蔽材料的关注。针对只能穿戴技术的需求，在设计MA材料时，不仅要考虑增强材料微波吸收能力，还要考虑材料的柔韧性和耐磨性等。因此，表面构建MXenes或金属氧化物（如ZnO和MnO2）阵列结构的纺织电子器件成为了新型MA材料的开发热点。由于MXene复合材料只通过物理共混的方式在聚合物中不规则分布，难以实现结构调控和设计，因此很少用于制备高性能纺织MA材料。此外，在实际应用中，可穿戴设备会遇到潮湿、腐蚀等恶劣环境，因此对于纺织MA材料也有自清洁和耐久性有着很大的需求。
近日，北京航天航空大学的江雷院士、李典森教授团队利用浸涂法和水热法在棉织物上构建分层Ti3C2Tx MXene/Ni链/ZnO阵列杂化纳米结构，实现了较强的电磁波衰减能力和较宽的吸收带宽，其中分层三元纳米结构存在协同MA效应，这种稳定的纳米结构还增加了棉纤维的表面粗糙度，超疏水处理后，实现持久的自清洁能力。同时，这项工作为可穿戴、自清洁MA材料提供了一个宏量制备的可能性。相关工作以“Hierarchical Ti3C2Tx MXene/Ni Chain/ZnO Array Hybrid Nanostructures on Cotton Fabric for Durable Self-Cleaning and Enhanced Microwave Absorption”发表在《ACS NANO》。
MXene/Ni链/ZnO列阵棉织物的制备：
如图1所示，将清洗后的棉织物(CF)浸泡在MXene纳米片溶液中，然后真空干燥，重复几次浸泡-干燥过程得到MXene包覆的CF (即CF-M)。CF-M表面的MXene纳米片呈连续的分层堆积，类似于珠母贝结构，沿着纤维表面建立了导电通路。将CF- M浸在ZnO种子溶液，取出干燥；再放入Ni链溶液后，取出干燥。经水热处理后，得到含有MXene/Ni链/ZnO阵列的棉织物(CF-MNZ)。最后，对CF-MNZ进行超疏水处理得到S-CF-MNZ。
S-CF-MNZ织物性能及作用机理：
研究发现，2.8mm厚度的 S-CF-MNZ织物在8.3GHz时可产生-35.1dB的出色反射损耗，有效吸收带宽可以覆盖整个x波段，厚度仅为2.2 mm。S-CF-MNZ织物对多种液滴表现出了良好的疏水性和自清洁性，在砂纸打磨、胶带剥落、紫外照射及酸碱腐蚀处理后，依然保持着优异的疏水性。S-CF-MNZ织物表现出优异的MA性和持久自清洁性是因为，高导电的MXene/ZnO阵列网络，形成导电损耗和偶极子极化。Ni链赋予织物磁损耗能力，优化阻抗匹配。S-CF-MNZ织物的分层混合纳米结构使进入织物的电磁波发生多次反射和散射，扩展电磁波的传播路径，进一步耗散了电磁能量。超疏水处理后，MXene/Ni 链/ZnO阵列纳米结构表面均匀地覆盖薄薄的涂层，使得S-CF-MNZ织物获得自清洁性，同时提高了织物表面微观结构和化学稳定性。因此，S-CF-MNZ织物在智能服装、传感器、柔性电子领域，特别是在恶劣环境下，具有广阔的应用前景。
小结：综上所述，研究者在棉织物上设计制作了Ti3C2Tx MXene/Ni链/ZnO阵列复合纳米结构，不仅保持了棉织物固有的柔顺性，还赋予其优异的MA性能。此外，这种杂化纳米结构与超疏水涂层的结合还可以赋予织物优良的疏水性和持久的自清洁能力。因此，S-CF-MNZ织物在智能服装、传感器、柔性电子领域，特别是在恶劣环境下具有广阔的应用前景。
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