随着第五代移动通信技术的使用，X和Ku频段（8~18 GHz）电磁波被广泛应用于探测雷达、广播卫星和卫星通信等领域。随之而来的电磁波污染问题可能会对设备性能、人体健康和军事安全造成不利影响，并进一步限制无线通信系统的发展。目前，磁性金属、铁氧体等多种传统吸波材料已被开发并应用于EMW吸收领域。然而，传统吸波材料存在厚度厚、密度大、有效吸收带宽窄和吸收能力弱等缺点，严重限制了应用。因此，开发“薄、轻、宽、强”吸波材料对于解决X和Ku波段电磁波污染问题具有重要意义。

四川大学郭荣辉教授团队受海参形态结构启发，采用超声自吸附、化学沉积和高温热解的方法，构建Nb₂CT_x MXene@Co-氮掺杂碳纳米片阵列@碳纤维气凝胶（Nb₂CT_x@Co-NC@CFA）。碳纤维气凝胶类似海参的基本骨架，形成轻质三维导电互联网络，提高导电损耗，并延长电磁波的多重反射和散射路径。Nb₂CT_x MXene和Co/氮掺杂碳纳米片阵列类似海参表面的触角，存在丰富的非均相界面，磁性Co具有较高的饱和磁化强度，可有效提高Snoek极限，从而提高X和Ku波段的电磁波吸收性能，氮掺杂碳纳米片阵列对提高电磁波极化损耗和优化阻抗匹配具有重要作用。结果表明，Nb₂CT_x@Co-NC@CFA的密度仅为0.038 g/cm³，证明其是轻量化的。Nb₂CT_x@Co-NC@CFA的最小反射损耗（RL_min）在频率为9.84 GHz、匹配厚度为2.36 mm时达到−54.7 dB。有效吸收带宽（EAB）在厚度为1.60 mm时达到5.2 GHz（12.8~18 GHz），在厚度为2.36 mm时达到2.96 GHz（8.48~11.44 GHz），通过调节匹配厚度，以10 wt%的低填充率可覆盖大部分X和Ku波段。Nb₂CT_x@Co-NC@CFA的雷达散射截面（RCS）值为−15.39 dB m²，低于完美电导体（PEC）的RCS值，说明Nb₂CT_x@Co-NC@CFA可有效降低覆盖目标被雷达探测器探测的概率。该研究为设计和开发具有“薄、轻、宽、强”的X和Ku波段电磁波吸收材料提供了思路。

图1（a-b）Nb₂CT_x@Co-NC@CFA制备流程图

图2（a-c）Nb₂CT_x@Co-NC@CFA的RL曲线、2D等高线图和3D RL图

图3（a）Nb₂CT_x@Co-NC@CFA与碳基气凝胶吸波材料的吸波性能对比图，（b）Nb₂CT_x@Co-NC@CFA的电磁波吸收机理图

图4（a-d）基于平面波理论不同Nb₂CT_x@Co-NC@CFA样品的远场响应三维图，（e）不同扫描角度下样品对应的RCS曲线，（f）样品0°、30°、60°和90°对应的RCS值

郭荣辉，四川大学教授，博士生导师，香港理工大学博士，山东省泰山产业人才，四川省学术和技术带头人后备人选。主要从事吸波材料制备及性能研究、电磁屏蔽材料制备及性能研究等系统研究工作，形成了独特技术优势。发表论文150余篇，其中SCI收录120余篇。申请国家自然科学基金、四川省科技支撑计划、重大科技计划项目、成都市科技局项目、香港政府教育基金等项目。多项技术成果已向企业转化，具有科技成果转化的丰富经验。

闫加桐，四川大学轻工科学与工程学院2022级博士研究生，研究方向为：吸波/红外兼容隐身柔性织物的制备及性能研究。以第一作者身份在Nano Res.、Int. J. Biol. Macromol. 等期刊发表SCI论文5篇，申请发明专利2项。

Yan J, Cui C, Bai W, et al. Building of lightweight Nb₂CT_x MXene@Co nitrogen-doped carbon nanosheet arrays@carbon fiber aerogels for high-efficiency electromagnetic wave absorption in X and Ku bands inspired by sea cucumber. Nano Research, 2024, https://doi.org/10.1007/s12274-024-6898-5.