一种基于Ti3C2Tx材料的超宽带太赫兹复合织物的制备方法

本发明属于太赫兹吸波材料领域，具体提供一种基于ti3c2tx材料的超宽带太赫兹复合织物的制备方法。

背景技术：

1、太赫兹波(0.1～10thz)介于微波与红外线之间，具有很多独特的性质，如良好的光学分辨率、强穿透能力和宽频谱等特性；当前，太赫兹技术的研究主要集中在太赫兹辐射、太赫兹探测、太赫兹通信和太赫兹成像等方面，但随着各种数字化、高频化的电子电器设备的快速发展，在工作时向空间辐射了大量的太赫兹波，由此导致了太赫兹波电磁干扰(electromagnetic interference，emi)等问题的出现。emi不仅会影响电子设备的正常工作，还会对人体健康和环境造成危害，太赫兹吸波材料可以将入射电磁波转换成热能或其他形式能量进行耗散，从而减少电磁波辐射的危害，用来降低或阻止电器设备之间的电磁干扰、减少电磁波污染、保护生态环境和人类健康，同时可以作为装备隐身材料。由此可见，太赫兹吸波材料是推动太赫兹技术走向应用的关键保障，廉价、宽带、高效、环境耐受性强的太赫兹吸波材料成为太赫兹技术研究的主要目标之一。

2、目前，研究人员已经设计了多种具有高电磁屏蔽效率的太赫兹吸波材料，但绝大多数太赫兹吸波材料的损耗机理都是基于材料本身的电导损耗，这类吸波材料会产生大量的反射电磁波造成二次污染；并且，如金属及金属复合材料等传统电磁干扰屏蔽材料存在密度高、耐腐蚀性较差、成本高等问题，在环境适应性、便携性、可裁剪性等方面存在局限性。ti3c2tx材料是指过渡金属碳化物构成的二维层状材料，具有高比表面积和丰富的极性官能团，且提供了大量偶极子损耗中心，使得它被认为是一种优异的太赫兹吸波材料。例如，wan等提出了一种基于共聚物-聚丙烯酸乳液(pal)的ti3c2tx水性涂料(wan h,liu n,tang j,et al.acs nano,2021,15(8):13646-13652.)，在石英上emi se达到了64.9db，并且海绵泡沫上获得了-32.8db的反射损耗；li等报道了一种超薄宽带ti3c2tx/rgo复合薄膜(li s,xu s,pan k,et al.carbon,2022,194:127-139.)，其表现出54.2db的优异屏蔽效能，具有最大反射损耗值为-57.7db，有效吸波带宽覆盖了0.37～2.0thz；然而，碳基材料过于脆弱、易被氧化、环境耐受性差等缺点，难以满足各种环境应用需求。

3、采用纤维微结构作为太赫兹吸波材料的骨架，不仅可以获得良好的阻抗匹配特性，而且具有承载吸波材料的作用，能够使更多的电磁波进入到材料的内部进而被吸收；并且，吸波屏蔽织物具有相对重量轻、易弯折、可随意裁剪、无毒环保等优点，在生活和特殊领域均有广泛应用前景；但是，目前对于吸波屏蔽织物的研究较少，且存在吸收带宽窄和厚度大等问题，限制了其实际应用的范围；因此，本发明基于ti3c2tx材料的电导损耗和欧姆损耗，结合绒面布内的纤维微结构，提出一种基于ti3c2tx材料的超宽带太赫兹复合织物，用以实现对太赫兹频段的超宽带吸收屏蔽。

技术实现思路

1、本发明的目的在于针对太赫兹吸收材料存在的吸收带宽窄、厚度大及实用性差等不足，提出一种基于ti3c2tx材料的超宽带太赫兹复合织物的制备方法，通过简易、可靠的工艺路线制备得到具有强电磁吸收、超宽带的ti3c2tx复合织物，采用表面具有丰富纤维微结构的绒面布，通过浸泡法将ti3c2tx纳米片附着于绒面布，当ti3c2tx分散液浓度范围在1～3.0mg/ml时，ti3c2tx复合织物在0.3～1.2thz范围内的吸收效率可达到100％；并且，ti3c2tx复合织物在20～300ghz中低频部分的反射损耗依旧保持在-10db左右，在79.2ghz得到最低反射损耗为-34.8db；另外，ti3c2tx复合织物在经历了500次的弯曲折叠后，反射损耗依旧在-30db以下，且前后的电导率变化较小。

2、为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

3、一种基于ti3c2tx材料的超宽带太赫兹复合织物的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

4、步骤1、绒面布的预处理；

5、采用绒面布(fluffy cloth，fc)作为ti3c2tx纳米片的载体，需提前将绒面布裁剪为预设形貌并清洗备用；

6、步骤2、ti3c2tx(mxene)分散液的合成；

7、采用氢氟酸(hf)与盐酸(hci)的混合液对ti3alc2进行选择性蚀刻，合成ti3c2tx分散液，ti3c2tx分散液的浓度为1～3.0mg/ml；

8、步骤3、ti3c2tx复合织物的制备；

9、将ti3c2tx分散液作为浸泡液，采用浸泡法将绒面布进行浸泡处理，晾干后得到超宽带太赫兹复合织物。

10、进一步的，步骤1中，绒面布清洗过程为：依次使用乙醇和去离子水进行清洗，再晾干待用。

11、进一步的，步骤2的具体过程为：

12、首先，将2～4ml hf、12～24ml hcl和6～12ml去离子(di)水混合，得到混合酸溶液；

13、然后，将1～2g ti3alc2粉末缓慢加入混合溶液中，并在35℃下以450rpm的转速恒温水浴搅拌24h，进行选择性刻蚀；蚀刻后，使用离心机以8000rpm的转速离心10min，并用di水洗涤，直至ph>6，可获得多层ti3c2tx沉淀物；

14、再然后，将所获得的多层ti3c2tx沉淀物与1～2g licl在50～100ml di水中混合，并在35℃下以450rpm的转速恒温水浴搅拌4h，再使用离心机以3500rpm的转速离心10min，并用di水洗涤，可使得沉淀物溶胀，以获得单层ti3c2tx沉淀物；

15、最后，将单层ti3c2tx沉淀物分散在di水中，再使用离心机以7500rpm的转速离心8min，由此获得均匀分散的ti3c2tx分散液。

16、进一步的，步骤3的具体过程为：

17、首先，将ti3c2tx分散液置于磁力搅拌水浴锅中，设置转速为600～800rpm，水浴温度为30℃后搅拌1h(避免团聚)；

18、然后，将搅拌后的ti3c2tx分散液倒入浸泡容器中，水平面高度高于绒面布厚度2～4mm，再将绒面布摊开浸泡在ti3c2tx分散液中，用滚轮来回滚刷绒面布5～8次；

19、最后，将绒面布取出放置在干燥的玻璃平板上晾干24h，得到超宽带太赫兹复合织物(ti3c2tx复合织物)。

20、基于上述技术方案，本发明的有益效果在于：

21、本发明提供了一种基于ti3c2tx材料的超宽带太赫兹复合织物的制备方法，制备工艺简单可靠，采用浸泡法将ti3c2tx纳米片附着于绒面布，形成ti3c2tx复合织物，ti3c2tx复合织物内的纤维表面形成了丰富的ti3c2tx膜结构，基于纤维表面的良好阻抗匹配以及ti3c2tx纳米片的电导损耗和欧姆损耗，实现了对0.3～1.2thz范围的超宽带吸收，对于ti3c2tx浓度在1～3.0mg/ml的ti3c2tx复合织物，吸收效率可达到100％；并且，在20～300ghz的低频部分其反射损耗依旧保持在-10db左右，且在79.2ghz得到最低反射损耗为-34.8db。同时，ti3c2tx复合织物具有优异的弯曲应变能力，在经历了500次的弯曲折叠后，其反射损耗依旧在-30db以下，并且前后的电导率变化较小。