[发明专利]利用低温真空CVD制备MXene-石墨圆环堆叠碳纳米管的方法

说明书

本发明公开了利用低温真空CVD制备MXene‑石墨圆环堆叠碳纳米管的方法，将LiF与盐酸溶液中，加入Ti₃AlC₂粉末并搅拌；然后离心、洗涤，干燥后得到MXene粉末；将MXene粉末浸入由乙醇和六水合硝酸镍组成的混合溶液中，浸泡后分离出MXene沉淀物，并干燥；然后置于CVD炉中并抽至真空，通入惰性保护气体，升温后注入氢气和乙炔，保温后得到MXene‑石墨圆环堆叠碳纳米管材料。本发明利用低温真空CVD工艺隔绝了氧气，抑制了MXene的氧化过程，并防止MXene的结构被剧烈破坏，且生长出的碳纳米管具有独特的石墨圆环堆叠结构，可以产生更多的缺陷，有效提升了材料的极化弛豫损耗和电磁波吸收性能。

技术领域

本发明涉及电磁波吸收材料技术领域，具体涉及利用低温真空CVD制备MXene-石墨圆环堆叠碳纳米管的方法。

背景技术

随着电子科技的不断发展，电磁波也逐渐被应用于各个领域。电磁波吸收材料的研究最早源于对军用设备的电磁信息防泄漏研究。电子设备中的信息泄露方式主要有传导和辐射两种，而在信息安全方面，电磁辐射比传导更容易被敌方侦获，因此这也一直是研究的重点。随后，电磁波吸收材料又被广泛应用于武器装备中的隐身技术、保温节能、人体防护等方面。例如，吸波材料可以涂覆在飞机、坦克、舰艇、导弹等军事武器和装备的表面，从而大幅降低其雷达散射截面，衰减其反射信号，吸收侦查电波，从而突破雷达防区，达到雷达隐身的效果；还可避免被敌方红外制导武器和激光武器锁定，提高装备和人员的作战能力和生存防御能力。采用了电磁波吸收材料的军事武器和装备在冷战时期和之后的局部战争，如伊拉克战争、海湾战争、科索沃战争中取得了惊人的效果。当前，这种无声的电磁战争已成为世界各国军事较量的重要一环，研究轻薄、高效、宽频的先进电磁波吸收材料正在变得越来越重要。

MXene是美国德雷塞尔大学的Gogotsi等人于2011年首次发现的一类二维材料，主要为过渡金属碳化物、氮化物和碳氮化物。通常，MXene分子式为M_n+1X_nT_x,其中M代表早期过渡金属，X是碳或/和氮，T_x代表其表面丰富的终端基团，而n的值为1，2或3。MXene一般是通过选择性蚀刻MAX相前驱体获得，MAX是一类金属碳化物或/和氮化物的总称，其结构组成符合分子式M_n+1AX_n，其中M代表过渡金属，A代表主族元素(通常是第IIIA和VIA族的元素),X代表碳或/和氮。MXene的电化学性能非常优异，其导电率高于石墨烯，但过高的导电率使其阻抗难以和环境阻抗匹配，限制了MXene在电磁波吸收领域的应用。碳纳米管是一种具有高介电损耗、高强度和高稳定性的碳材料，可以作为增强体提升基体的电磁波吸收性能，因此在MXene表面加载碳纳米管可以有效提升MXene的电磁波吸收性能。

目前在MXene上加载碳纳米管效果较好的方法是CVD法，但MXene在自然环境中易于氧化，传统CVD工艺催化生长碳纳米管一般需要600℃以上的高温环境，但MXene在这种环境中会急剧氧化，其二维层状结构会被剧烈破坏并导致结构塌陷。齐珺等人(CNTs/Ti₃C₂T_x纳米复合材料的结构调控和微波吸收机理[D].陕西科技大学,2021.)以乙酸钴为催化剂，丙酮为碳源，氩气为保护气，在600℃下生长30min，在MXene上生长出了碳纳米管，提高了MXene的电磁波吸收性能，但其MXene的层状结构已有明显的缺陷，生长出的碳纳米管结构较差。中国专利文件CN110589802A公开了一种三维MXene原位生长碳纳米管及其通用合成方法。以铁、钴、镍的氯化盐、硝酸盐、醋酸盐、硫酸盐等为催化剂，以尿素、单氰胺、双氰胺、三聚氰胺等含碳高分子为碳源，惰性气体为载体，使用喷雾热解技术在MXene上原位生长了碳纳米管。但此方法需要在600-1000℃的高温下才能合成，MXene的结构已完全塌陷，无法保留其本身的优异特性。所以需要一种制备方法，即能在MXene上原位生长碳纳米管，又能防止MXene被氧化、结构被破坏。特别是如果能够生长出具有独特结构的碳纳米管，可以进一步提高材料的极化弛豫损耗和电磁波吸收性能。

发明内容