一种基于MXenes材料的多功能太赫兹吸波织布及其制备方法

本发明属于电磁吸波材料领域，具体提供一种基于mxenes材料的多功能太赫兹吸波织布及其制备方法。

背景技术：

1、随着电子技术的快速发展，电磁波在无线通讯、信息传输和雷达探测等领域的广泛应用使得电磁波辐射问题日益突出，严重威胁着人类的生命健康、仪器的正常运行及特殊设备的生存能力。目前，具有高的电磁波损耗能力的材料可以有效地吸收电磁波，是应对电磁波辐射问题及提高特殊设备隐身能力的重要材料；并且，在生命健康保护领域，电磁吸波材料可以有效减少电磁辐射对人体和其他生物体的损害；同时，下一代电子器件正朝着柔性可穿戴、多功能的方向持续发展，电磁吸波材料是否具有柔韧性和多功能性成为其能否得到广泛应用的决定性因素。

2、mxenes材料是指过渡金属碳化物、氮化物或碳氮化物构成的二维层状材料，具体为具有mn+1xntx元素构成的材料体系，其中，m表示早期过渡族金属元素，x表示c或n，t表示该二维材料表面的基团/修饰体，n的取值范围通常为1～3。mxenes材料最早是由yurygogotsi教授和michel barsoum教授通过湿法刻蚀制备得到，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，比金属、碳具有更高的吸收效率，使其被认为是一种优异的吸波剂材料，但传统的涂覆吸波剂制备的复合材料在形状适应性、便携性、可裁剪性等方面存在局限性。

3、吸波织布具有柔性、可折叠、便携、可裁剪和可穿戴的特点，将吸波剂与纺织品结合，可以克服很多柔韧性的局限问题；并且，纤维作为纺织品的基本组成部分，采用纤维微结构作为吸波材料的骨架，不仅可以获得良好的阻抗匹配特性，而且具有承载吸波剂的作用，能够促使更多的电磁波进入材料内部而被吸收。近年来，研究人员做了许多开创性的工作，采用了湿式纺丝、涂层、静电纺丝及双曲法以设计各种吸收纺织材料；例如，文献“guptas,chang c,anbalagan a k,et al.composites science and technology,2020,188:107994.”中，通过原位溶胶-凝胶法和热还原法制备了氧化锌(zno)和还原氧化石墨烯(rgo)的复合吸波材料，以织布为基质研究了在x波段的电磁屏蔽效能；又如文献“zhang h,ji h,dai g,et al.composites part a:applied science and manufacturing,2022,163:107163.”中，构建了以pet纺织纤维为基质，mxene为导电填料的复合纺织纤维结构，其有效吸收带宽覆盖了整个x波段。然而，要将吸收纺织材料应用于实际中，不仅要保证材料的吸波性能，还需要满足各种环境需求。

4、目前，新型通讯设备辐射出的电磁波频率越来越高，针对高频太赫兹吸波材料的研究受到广泛关注；常规的吸波材料功能单一、容易氧化，兼具自清洁、柔性、超薄和稳定性等功能的太赫兹吸波材料十分匮乏。在保证柔性和吸波性能的同时，具有耐腐蚀、防水、自清洁等特点的多功能吸波纺织品拥有十分重要的实用前景和商业价值，多功能吸波纺织品还要求具有相对重量轻、吸波性好、易弯折、可随意裁剪、无毒环保等优点；为了解决这些问题，本发明提供一种基于mxenes材料的多功能太赫兹吸波织布。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种基于mxenes材料的多功能太赫兹吸波织布及其制备方法，用以解决mxenes吸收材料存在的吸收带宽窄、功能单一和容易氧化等问题；本发明基于基质内的纤维微结构，结合mxenes材料的电导损耗和欧姆损耗，利用水性聚氨酯(waterpolyurethane，wpu)喷涂到吸波布表面进行改性，实现多功能太赫兹吸收材料，在0.3～1.2thz的电磁波下吸收效率可达到100％，同时，水接触角和滚动角分别达到了151.3°和0°，具有良好的自清洁性能，并且在自清洁后的织物吸收性能依旧保持在99％以上，另外，具有优异的耐酸碱特性与环境适应能力。

2、为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

3、一种基于mxenes材料的多功能太赫兹吸波织布，其特征在于，所述多功能太赫兹吸波织布由mxenes吸波织布表面(完整外表面)喷涂wpu层形成，mxenes吸波织布由织布浸泡mxenes分散液后形成。

4、进一步的，mxenes材料采用ti3c2或v2c。

5、进一步的，所述织布表面具有长度为0.4-0.8mm的短毛。

6、进一步的，所述基于mxenes材料的多功能太赫兹吸波织布的制备方法，包括以下步骤：

7、步骤1、mxenes分散液的合成；

8、采用混合酸选择性蚀刻并插层max相粉末，再通过离心搅拌则合成了mxenes分散液；

9、步骤2、mxenes吸波织布的制备；

10、将织布浸泡mxenes分散液，晾干后得到mxenes吸波织布；

11、步骤3、wpu-mxenes吸波织布的制备；

12、采用喷涂工艺在mxenes吸波织布表面喷涂上一层wpu乳液，形成wpu层，则制备得到基于mxenes材料的多功能太赫兹吸波织布。

13、进一步的，步骤1中，混合酸为氢氟酸(hf)与盐酸(hci)的混合水溶液，混合酸的体积比为hci：hf：h2o＝12：2.5：5，采用磁力搅拌器以200～400rpm的转速进行搅拌、同时加入max相粉末，再采用恒温磁力搅拌器以450～800rpm的转速在35℃下进行离心搅拌刻蚀，刻蚀时间为24h，得到mxenes分散液，且其浓度范围为1.0～3.0mg/ml。

14、进一步的，步骤2中，织布需完全浸泡在装有mxenes分散液的容器中，液面高度需大于织布厚度3～5mm，待织布颜色变为深黑色时，取出织布晾干后即可得到mxenes吸波织布。

15、进一步的，步骤3中，wpu乳液的pu固含量为(10±2)％，喷涂工艺通过喷枪和空压机，将wpu乳液雾化成均匀而微细的雾滴，附着在mxenes吸波织布的表面；喷涂工艺主要参数：喷枪口径为0.5-1.5mm，空压机压力为0.2-0.4mpa，喷涂距离为180-220mm，喷涂角度为65-75度，喷涂速度5-8m/min。

16、基于上述技术方案，本发明的有益效果在于：

17、本发明提供一种基于mxenes材料的多功能太赫兹吸波织布(wpu-mxenes吸波织布)及其制备方法，基于表面阻抗匹配和mxenes纳米片的吸收损耗特性，所制备得到的wpu-mxenes吸波织布在入射0.3～1.2thz的电磁波下，吸收效率可达到100％；同时，利用wpu喷涂到织布表面进行改性，增加了吸波屏蔽织布的超疏水性能，使wpu-mxenes吸波织布的水接触角和滚动角分别达到了151.3°和0°，具有良好的自清洁性能，并且在自清洁后的织物吸收性能依旧保持在99％以上，并展现出优异的耐酸碱特性与环境适应能力。另外，本发明还提供wpu-mxenes吸波织布的制备方法，能够实现大规模制备，喷涂引入的wpu层对吸波织布起到了很好的防护作用，有效的增加了吸波织布的使用寿命，可在电磁吸波屏蔽、可穿戴屏蔽织物等应用中具有巨大的潜力。