[发明专利]一种MXene-碳气凝胶/TPU复合材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种MXene‑碳气凝胶/TPU复合材料的制备方法，具体为：首先，通过LiF/HCl刻蚀MAX相前驱体制备少层MXene溶液；利用少层MXene溶液制备MXene‑纤维素气凝胶；再将MXene‑纤维素气凝胶放入管式炉中进行碳化，得到MXene‑碳气凝胶；最后，通过MXene‑碳气凝胶和TPU颗粒制备MXene‑碳气凝胶/TPU复合材料。本发明方法制备的复合材料，三维结构的独特设计使电磁波更容易进入，在多孔结构内的多次反射和散射来衰减入射波，从而获得优异的电磁屏蔽性能，能够满足航空航天、电子包装等领域的应用要求。

技术领域

本发明属于复合材料制备技术领域，具体涉及一种MXene-碳气凝胶/TPU复合材料的制备方法。

背景技术

随着5G技术的迅猛发展以及电子器件的小型化、微型化趋势，与此同时带来的电磁波污染已成为威胁人类健康和元器件固有性能的严重威胁。因此，设计和制备具有高吸收机制主导的高性能电磁干扰(EMI)屏蔽材料对解决这一问题具有十分重要的意义。

为了降低电磁波在材料表面反射带来的二次电磁辐射污染，构建高度多孔的三维结构是缓解材料与空气之间阻抗失配问题的关键策略。近年来，生物质炭以其优异的性能和环保的特性，在电催化剂、CO₂吸附剂、超级电容器、电磁波吸收剂等领域有着广阔的应用前景。纤维素是地球上最丰富的可再生生物质资源之一，由于其大部分强的分子内和分子间氢键，被视为容易构建具有三维互连网络结构的“绿色”有机气凝胶的替代候选材料。为了进一步提高碳化生物质基原材料的导电性，从而提高其EMI-SE值，常常将石墨烯(Graphene)、碳纳米管(Carbon nanotube，CNT)、二维金属碳氮化物(Ti₃C₂T_x，MXene)等二次导电填料引入到所制备的复合材料中。其中，MXene由于其具有超高导电性、质轻等特点，已被证明是一种优良的电磁屏蔽材料。研究表明，复合材料的三维高连通导电网络对其导电性和电磁屏蔽效果起着至关重要的作用。为了拓宽使用领域，降低使用条件，采用高韧性、耐老化的热塑性聚氨酯弹性体(TPU)用作聚合物基体。

发明内容

本发明的目的在于提供一种MXene-碳气凝胶/TPU复合材料的制备方法，解决了现有技术中复合材料电磁屏蔽性能低、反射偏高的问题。

本发明所采用的技术方案是，一种MXene-碳气凝胶/TPU复合材料的制备方法，具体按照以下步骤实施：

步骤1，通过LiF/HCl刻蚀MAX相前驱体制备少层MXene溶液；

步骤2，利用少层MXene溶液和纤维素粉制备MXene-纤维素气凝胶；

步骤3，将MXene-纤维素气凝胶放入管式炉中进行碳化，得到MXene-碳气凝胶；

步骤4，通过MXene-碳气凝胶和TPU颗粒制备MXene-碳气凝胶/TPU复合材料。

本发明的特点还在于，

步骤1中，具体步骤如下：

步骤1.1，将LiF与HCl充分混合，然后在冰浴条件下缓慢添加MAX相前驱体粉末，得到混合物；

LiF、HCl与MAX相前驱体粉末的质量比为1：20：1；

步骤1.2，将混合物在35℃的条件下搅拌24小时，获得Ti₃C₂T_x悬浮液，之后用去离子水反复离心洗涤至溶液pH为7，得到Ti₃C₂T_x沉淀物；