[发明专利]一种超韧性高耐磨MXene基复合材料的制备方法

说明书

本发明属于材料技术领域，提出了一种超韧性高耐磨MXene基复合材料的制备方法，该方法包括：步骤一：T i₃C₂T_x MXene纳米片的合成；步骤二：氧化锌颗粒的制备；步骤三：多孔定向排列式MXene基泡沫体的制备；步骤四：固化形成MXene基复合材料。本发明首先通过小尺寸MXene纳米片自组装包裹氧化锌颗粒形成“核‑壳”结构，并随后与大尺寸MXene纳米片复合形成三维结构泡沫体，最后利用聚合物基质填充泡沫体中空隙，制备出块体复合材料。采用真空过滤‑冷冻干燥结合方式赋予其高弹性、高韧性等优异性能，设计“双重微结构”式大/小尺寸MXene‑氧化锌颗粒为其减摩抗磨性提供了保障。

技术领域

本发明属于材料技术领域，具体涉及一种超韧性高耐磨MXene基复合材料的制备方法。

背景技术

MXene二维材料具有高强度、大比表面积和易剪切能力，被认为是优异的纳米填料之一，以提高环氧树脂的力学性能和摩擦学性能。然而，MXene随机分散在环氧树脂中，阻碍了其各向异性特性的发挥。为了进一步提高MXene-环氧树脂复合材料的摩擦学性能，MXene通常通过多种方法组装成复合材料中的定向结构，如逐层自组装法和磁场诱导。然而，这些方法主要用于提高聚合物的导热性和导电性，很少专注于增强聚合物的摩擦学性能。此外，这些方法应用也受限于：逐层法难以制备3D对齐的整体材料、磁场诱导法加工成本高等。

基于上述方法不足，真空过滤法因其对实验设施、操作难度、污染处理和加工成本的要求相对较低，被认作为一种方便可行的制备定向MXene整体材料的策略。然而，很少有研究调查通过真空过滤法制备的对齐MXene-环氧树脂复合材料的摩擦学性能。因为真空过滤处理后液体会完全排出，从而使MXene层紧密堆积，阻碍了环氧树脂的渗透，复合材料不能承受高的法向载荷。

除利用二维材料易剪切能力外，研究人员也尝试在聚合物填充纳米球形颗粒实现球轴承润滑效果，以促使滑动摩擦转变为滚动摩擦，例如，Al₂O₃、TiO₂、SiO₂球形纳米颗粒。但由于聚合物的缓冲作用，大量的纳米颗粒被压实到聚合物基体内部或被推出磨痕外，球轴承润滑效果无法实现。

发明内容

本发明旨在解决背景技术中记载的问题，提供一种超韧性高耐磨MXene基复合材料的制备方法。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：一种超韧性高耐磨MXene基复合材料的制备方法，包括如下步骤：

包括如下步骤：

步骤一：Ti₃C₂T_x MXene纳米片的合成

将LiF缓慢加入HCl中并持续搅拌，待完全溶解后，逐渐加入Ti₃AlC₂以形成第一混合物，将第一混合物在35℃搅拌24小时后获得的产物用去离子水洗涤数次，直到上清液的pH为6，再在冰浴中的N₂气氛中超声处理上清液，然后以不同的离心速度，得到S-MXene纳米片和L-MXene纳米片；

步骤二：氧化锌颗粒的制备

以聚乙二醇为溶剂，溶解Zn(NO₃)₂·6H₂O和聚乙烯吡咯烷酮的复合溶液，将复合溶液转移到高压釜中，在200℃下保持6小时，冷却至室温后得氧化锌球体，用去离子水和乙醇离心洗涤氧化锌球体数次，并在烘箱中干燥；

步骤三：多孔定向排列式MXene基泡沫体的制备