本研究通过DIW 3D打印制备了仿生交错堆叠的MXene/CNFs气凝胶框架，在太赫兹与微波频段均展现出卓越的电磁屏蔽与吸收性能。

相关成果以“Bioinspired by staggered cellular structures: 3D-printed aerogel frameworks for ink rheological, parametric optimization, and enhanced terahertz electromagnetic shielding performance” 为题发表在《Nano Research》上。

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背景介绍

太赫兹波（0.1-10 THz）作为连接微波与红外光谱的关键波段，凭借其独特的传输特性在通信、成像、传感等领域展现出巨大应用潜力。然而，其高穿透性和宽频带特性也带来了严峻的电磁干扰问题，不仅影响电子设备的稳定性，还可能威胁人体健康与信息安全。传统金属屏蔽材料存在密度大、易腐蚀、柔韧性差等不足，而现有新型屏蔽材料往往面临结构设计自由度低、屏蔽与吸收性能难以兼顾的困境。

天然生物结构经过长期进化，形成了高效的功能适配机制 —— 骨骼、木材等的交错多孔结构通过丰富的微孔通道和层间联锁设计，能够显著延长电磁波传播路径，强化多反射与吸收效应。同时，直接墨水书写（DIW）3D 打印技术凭借对复杂结构的精准制备能力，为定制化功能材料的开发提供了技术支撑，但如何实现墨水流变性能与打印参数的协同优化，进而构建高性能仿生屏蔽结构，仍是当前研究的核心挑战。

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文章摘要

本研究提出一种仿生策略，通过 DIW 3D 打印技术制备具有交错堆叠结构的多层 MXene（m-Ti₃C₂Tₓ）/CNFs 气凝胶框架，以提升太赫兹电磁屏蔽与吸收性能。研究通过系统优化，获得了流变性能优异的复合墨水，并确定了最佳打印参数，实现了高精度、稳定的 3D 打印制备。该气凝胶框架在 0.5-3.0 THz 频段展现出卓越的电磁性能：最大反射损耗（RL）达 54.01 dB（100% 合格带宽），吸收率高达 99.40%，绿色屏蔽指数 gₛ>9（满足 2.5 THz 以下优异绿色 EMI 屏蔽标准）；在 3.9-18 GHz GHz 宽频段内，屏蔽效能（SE）均超过 40 dB，其中 Ku 波段最高达 101.84 dB。该工作为实现优异太赫兹屏蔽与吸收性能提供了一种简单高效的方法，为下一代电磁功能材料的设计与制备提供了重要参考。

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文章内容

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图1.  多层 MXene、复合墨水及打印框架的制备流程。

图2.  m-Ti₃C₂Tₓ/CNFs 墨水的流变性能与 3D 打印适应性。

图 3. m-Ti₃C₂Tₓ/CNFs 凝胶复合材料的形貌与化学表征。

图 4. DIW 3D 打印技术中的参数优化与几何精度研究。