[发明专利]具有零维/一维/二维复合纳米结构型吸波材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种具有零维/一维/二维复合纳米结构型吸波材料，包括二维MXene、零维金属颗粒，以及一维碳纳米管，其中，在二维MXene表面同时负载零维的金属颗粒，以及原位生长一维碳纳米管。该吸波材料具有较优越的最大反射率和吸收带宽。本发明还提供了一种具有零维/一维/二维复合纳米结构型吸波材料的制备方法。该制备方法简单、高效，适用于大规模工业生产。本发明还提供了所述的具有零维/一维/二维复合纳米结构型吸波材料在军事隐身和民用电磁防护领域的应用。

技术领域

本发明属于微波吸收材料技术领域，具体涉及具有零维/一维/二维复合纳米结构型吸波材料及其制备方法和应用。

背景技术

随着信息技术的高速发展，尤其是5G时代的到来，电子设备在日常生活中得到广泛应用。但电子设备也会造成严重的电磁污染，不仅影响人体健康，还会使电子设备在民用或军用应用中出现故障和退化，因此对于吸波材料的需求日益增加。

传统的吸波材料包括铁氧体、钛酸钡、金属微粉、石墨、碳化硅、导电纤维等，它们通常具有吸收频带窄、密度高、填充率大、易氧化等缺点，限制了他们的实际应用。

随着科技的飞速发展，传统的吸波材料已经不能满足当前频率急剧提升的需求，探寻新型“宽、薄、轻、强”型吸波材料是该领域的研究方向。近期研究成果显示，巧妙设计具有可调电磁参数的特殊结构是提升微波吸收性能的可行策略。

公开号为CN111629575A的中国专利公开了一种MXene基纳米复合吸波材料制备方法，通过以下步骤制得：将刻蚀法制得的MXene与金属盐混合并预处理，然后将预处理后的混合溶液进行辐照，再经后处理即得MXene基纳米复合吸波材料。该专利通过引入磁性纳米粒子均匀地负载在MXene材料表面，提高了复合材料的阻抗匹配性，因此MXene基纳米复合吸波材料具有最大反射损耗为28dB，有效吸收带宽为2.65GHz。

公开号为CN107645065A的中国专利公开了一种洋葱碳/MXene层状吸波复合材料的制备方法：以钛硅碳为原料，经过不同浓度氢氟酸腐蚀后，用去离子水洗涤后干燥，获得MXene材料；之后将制备的MXene材料用超声波分散的方法均匀分散在去离子水中，获得Mxene材料的悬浊液；将洋葱碳纳米材料采用超声波分散的方法均匀分散在去离子水中，获得洋葱碳纳米材料的悬浊液；将MXene材料悬浊溶液与洋葱碳材料悬浊溶液采用交替过滤的方法，制备获得洋葱碳/MXene层状吸波复合材料；制备的洋葱碳/MXene层状吸波复合材料质量较轻、厚度较薄，在微波频率范围内具有较佳的反射率。

然而，上述两个专利公开的吸波复合材料相对简单的材料结构设计/复合对于材料吸波性能的提升有限，其吸收强度和有效带宽都较小。基于此，亟需设计一种具有较优越的轻质宽频吸波性能的复合纳米结构的高效吸波材料。

发明内容

本发明提供了一种具有零维/一维/二维复合纳米结构型吸波材料，该材料具有较优越的最大反射率和吸收带宽。

一种具有零维/一维/二维复合纳米结构型吸波材料，包括二维MXene、零维金属颗粒，以及一维碳纳米管，其中，在所述二维MXene表面同时负载所述零维金属颗粒，以及原位生长所述一维碳纳米管。

本发明中零维Co颗粒、一维碳纳米管(CNTs)与二维MXene之间复合而成的材料中，零维/一维/二维材料处的异质界面处的电子由于所处材料功函数之间的差异，极易在异质界面处形成电磁损耗的界面极化消耗中心，这极大促进了入射电磁波的消耗。此外，由于CNTs和MXene中存在大量缺陷会导致偶极极化，以及MXene/CNTs导电网络中的电子跃迁能够引起传导损耗，MXene片和CNTs之间的多散射反射和散射同样助于衰减电磁波；所述零维的金属颗粒能够优化吸波体的阻抗匹配和提供磁性损耗，从而能够在低填充率情况下实现较高的高频吸波特性。