[发明专利]一种金属基复合材料及其制备方法和用途

说明书

本发明涉及一种金属基复合材料，所述金属基复合材料包括金属基底以及直接包覆在所述金属基底表面的具有M_n+1X_n(Ts)的结构式的MXene材料膜层，所述MXene材料通过将具有M_n+1AX_n的结构式的化合物去除A得到，其中，M、A、X分别为三种不同的元素，n为正整数，Ts为MXene材料表面的封端基团，本发明制备的金属基复合材料表面被MXene材料膜层均匀包覆，其中MXene材料的片层层数仅为1～15层，包覆厚度小于250nm，厚度均匀，包覆表面光滑平整，不存在表面缺陷，得到的金属基复合材料的腐蚀速率很低，仅为原金属基底腐蚀速率的0.06％左右，本发明还提出了一种新的用于制备所述金属基复合材料的方法，该方法无需复杂的仪器设备，能够方便快捷的制备所述金属基复合材料。

技术领域

本发明涉及复合材料领域，尤其涉及一种金属基复合材料及其制备方法和用途。

背景技术

金属材料由于其优异的导电率、良好的延展性和较高的力学强度被人们广泛使用，然而对于耐腐蚀金属材料的研究却并未有长足的进步，传统的用于改善金属材料耐腐蚀性主要包括在金属表面包覆致密涂层和在金属材料组分中添加耐腐蚀用添加剂，这两种用于制备金属基复合材料的方法各有优缺点，添加耐腐蚀性添加剂可以大幅增强金属材料本身的耐腐蚀性，尤其是耐化学腐蚀性，但是对于电化学腐蚀防护作用不明显，而且加工不方便、在冶炼之后才能得到具有耐腐蚀作用的金属基复合材料，在金属表面包覆致密涂层这一方法应用更为广泛，所包覆的涂层包括高分子涂层、阳极牺牲材料耐腐蚀涂层、石墨烯耐腐蚀涂层、陶瓷材料耐腐蚀涂层等，其中，在金属表面包覆石墨烯或陶瓷涂层用于制备耐腐蚀材料较为先进，石墨烯或陶瓷涂层通常能够做到纳米级别，得到的金属基复合材料耐腐蚀效果优异，然而，将石墨烯涂层均匀包覆在金属材料表面较为困难，传统采用化学气相沉积法、电吸附法将石墨烯材料包覆在金属材料表面需要昂贵的设备，而且，石墨烯材料本身价格较高，因而，通过此种方法制备的金属基复合材料应用领域较窄。

二维层状过渡金属碳/氮化物(MXene)材料是通过将三元层状碳/氮化物，即具有M_n+1AX_n的结构式的化合物置于腐蚀性溶液中去除A元素的原子得到，其中，M、A、X分别为三种不同的元素，n为正整数，所得到的MXene材料具有M_n+1X_n(Ts)的结构式，其中，Ts为MXene材料表面的封端基团，来源于腐蚀性溶液中，以静电力作用吸附在材料表面上，MXene材料拥有类似石墨烯的层状结构，这种类石墨烯结构为其提供了很好的机械、化学稳定性以及类似于金属的导电性，将MXene材料以类似石墨烯涂层的结构包覆在金属材料表面，得到的金属基复合材料理论上也能具有和石墨烯涂层类似的耐腐蚀性能。

现有技术中将MXene材料包覆在金属表面的研究较少，仅有很少的文献，如CN107001051A等提及了制备MXene材料的方法并探讨了其光电性能和作为光电探测器、触摸屏、电磁反射材料等电学器件的应用潜力，并未有相应的将MXene作为涂层使用，制备金属基复合材料的报道，本领域的技术人员需要对MXene材料作为耐腐蚀涂层材料的可能性进行进一步研究、制备一种表面包覆有MXene材料涂层的复合材料并研发相应的制备方法。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供一种金属基复合材料，所述金属基复合材料包括金属基底以及直接包覆在所述金属基底表面的MXene材料膜层。

所述MXene材料具有M_n+1X_n(Ts)的结构式。

所述MXene材料通过将具有M_n+1AX_n的结构式的化合物置于腐蚀性溶液中去除A元素的原子得到，其中，M、A、X分别为三种不同的元素，n为正整数，Ts为MXene材料表面的封端基团，通过化合键接枝在具有M_n+1X_n结构的化合物的晶体表面。