[发明专利]一种加热改性MXene/四氧化三铁复合吸波材料及制备方法

说明书

本发明涉及一种一种加热改性MXene/四氧化三铁复合吸波材料及制备方法，在二维材料MXene(Ti₃C₂T_x)表面原位生长磁性四氧化三铁粒子(Fe₃O₄)，并在管式炉中加热使MXene部分氧化为二氧化钛(TiO₂)，最终得到层状复合材料。MXene与TiO₂是介电损耗吸波材料，Fe₃O₄是磁损耗吸波材料，因此得到的复合材料可以通过介电损耗和磁损耗机理协同吸收电磁波，增强吸波效果。同时，复合材料具有层状结构，会使电磁波在复合材料中进行多次层间反射，更易被复合材料吸收。最后，Fe₃O₄和TiO₂提高了MXene的阻抗匹配，且多组分的结构增强了复合材料的界面极化，进一步增强了复合材料的吸波效果。

技术领域

本发明属于复合材料的制备方法，涉及一种加热改性MXene/四氧化三铁复合吸波材料及制备方法。

背景技术

随着现代科技的发展，电磁污染日益严重，不仅干扰电磁设备的正常运行，甚至可能对人体健康造成危害，因此，研发新型高效的吸波材料势在必行。

传统的吸波材料是由金属或金属氧化物制成，具有高导电性和良好的透气性，但由于其密度高、吸收带宽窄、阻抗匹配差、易腐蚀等缺点，并不是理想的选择。因此，研制吸收频带宽、性能好、重量轻、成本低的材料至关重要。MXene是由过渡金属碳化物、氮化物或碳氮化物形成的二维材料，由于其独特的层状结构，超大的比表面积，丰富的天然缺陷和独特的电磁性质，在吸波领域具有广阔的应用前景。Ti₃C₂T_x作为被研究最多，应用最广的MXene，由于其制备工艺简单成熟，也被广泛应用于电磁屏蔽和吸波领域的研究。但是由于其过高的电导率，导致Ti₃C₂T_x的阻抗匹配较差，更有利于电磁屏蔽而非吸波。

文献1“Liu P,Yao Z,Ng V M,et al.Facile synthesis of ultrasmall Fe3O4nanoparticles on MXenes for high microwave absorption performance[J].Composites Part A-applied Science and Manufacturing,2018:371-382.”公开了一种MXene/四氧化三铁/二氧化钛(Ti₃C₂T_x/Fe₃O₄/TiO₂)复合材料的制备方法。该方法用氢氟酸刻蚀法制备MXene分散液，并利用溶剂热法在MXene表面一步制备Fe₃O₄和TiO₂，最终得到MXene/四氧化三铁/二氧化钛复合材料。当样品厚度为1.9mm时，该材料的吸波频带为9.1-11.1GHz，带宽2GHz，且在10.1GHz处达到最大吸波强度-57.3dB。该方法虽然成功引入了Fe₃O₄和TiO₂，提高了MXene的吸波能力，但是溶剂热法温度偏低，使得MXene氧化生成的TiO₂偏少，因此得到的复合材料结构仍有缺陷。该方法得到的复合材料虽然吸波强度大，但吸波带宽窄，不符合实际应用需求。

经过大量研究表明，对MXene进行结构设计，或将MXene与其它吸波材料制成复合材料，均可有效提高MXene的吸波能力。但是，对MXene进行结构设计需要繁琐而精细的实验操作，不利于工业化应用。而将MXene制成复合材料虽然工艺简单，但由于不同组分很难在复合材料中均匀分散，因此破坏了MXene的层状结构；而且复合材料的吸波频带一般较窄，制约了它的应用。

发明内容

要解决的技术问题