一种具有超宽带稳定的低负介电常数的麦克烯基柔性超材料的制备方法与流程

本发明属于柔性超材料领域，具体涉及到一种具有超宽带稳定的低负介电常数的麦克烯基柔性超材料的制备方法。

背景技术：

1、英国帝国理工学院的pendry教授证实可采用金属线和金属谐振结构单元在微波频段分别实现负介电常数和负磁导率开始，人们就致力于研究各种各样的结构来实现负介电常数。但是，鲜有研究人员研究具有宽带稳定的低负介电常数材料。

2、麦克烯作为一种典型的过渡金属氧化物，在能源存储、信息传递、电磁波屏蔽与调控等领域有广泛的应用前景和极大应用价值；目前的介电超材料领域主要关注于负介电常数在绝对值上的极大值。然而，这些超材料的负介电常数特性大多固定，难以实现负介电常数的进一步调控。有研究表明，通过适当的正介电常数、负介电常数等材料的有机组合可以实现稳定的低负介电常数，进而实现对电磁波的平稳调控。

3、因此，采用有效方法实现超材料的稳定的低负介电常数，对于其在不同频率范围的应用具有重要的意义。

技术实现思路

1、本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。

2、鉴于上述和/或现有技术中存在的问题，提出了本发明。

3、因此，本发明的目的是，克服现有技术中的不足，提供一种具有超宽带稳定的低负介电常数的麦克烯基柔性超材料的制备方法。

4、为解决上述技术问题，本发明提供了如下技术方案：一种具有超宽带稳定的低负介电常数的麦克烯基柔性超材料的制备方法，包括，

5、将ti3alc2 max相在氢氟酸环境中刻蚀，洗涤至中性后，超声震荡并经离心后收集上层清液，得到麦克烯分散液a；

6、将十二烷基苯磺酸钠溶于蒸馏水中，继续加入碳纳米管并搅拌均匀后，于冰水混合物环境中超声分散，得到分散液b；

7、取麦克烯分散液a滴入碳纳米管分散液b中，充分搅拌混匀后置入超低温冰箱冷冻成型，经冷冻干燥得到麦克烯基气凝胶；

8、将聚二甲基硅氧烷主剂、固化剂与稀释剂混匀后，得到聚二甲基硅氧烷混合液c；

9、将麦克烯基气凝胶充分浸渍于聚二甲基硅氧烷混合液c中，取出后放置于真空烘箱内进行固化处理，冷却至室温，得到麦克烯基柔性超材料。

10、作为本发明所述制备方法的一种优选方案，其中：所述超声震荡并经离心后收集上层清液，其中，超声震荡的条件为：在200～400w功率下超声10～30min。

11、作为本发明所述制备方法的一种优选方案，其中：所述将ti3alc2 max相在氢氟酸环境中刻蚀，其中，刻蚀条件为：温度为30～35℃，时间为20～24h。

12、作为本发明所述制备方法的一种优选方案，其中：所述将十二烷基苯磺酸钠溶于蒸馏水中，其中，十二烷基苯磺酸钠与蒸馏水的比例为4g：100ml。

13、作为本发明所述制备方法的一种优选方案，其中：所述分散液b中碳纳米管与蒸馏水的质量为0.1～3.0g：100ml。

14、作为本发明所述制备方法的一种优选方案，其中：所述取麦克烯分散液a滴入碳纳米管分散液b中，其中，麦克烯分散液a中麦克烯为碳纳米管质量的50～150％。

15、作为本发明所述制备方法的一种优选方案，其中：所述将聚二甲基硅氧烷主剂、固化剂与稀释剂混匀后，其中，聚二甲基硅氧烷主剂、固化剂与稀释剂的质量比20：2：11，稀释剂包括己烷。

16、作为本发明所述制备方法的一种优选方案，其中：所述将麦克烯基气凝胶充分浸渍于聚二甲基硅氧烷混合液c中，其中，浸渍时间为5～30min。

17、作为本发明所述制备方法的一种优选方案，其中：所述冷冻干燥得到麦克烯基气凝胶，其中，冷冻干燥温度为-40℃～-20℃，时间为2～72h。

18、本发明的再一个目的是，克服现有技术中的不足，提供一种具有超宽带稳定的低负介电常数的麦克烯基柔性超材料的制备方法制得的具有超宽带稳定的低负介电常数的麦克烯基柔性超材料，所述麦克烯基柔性超材料在1mhz频率下的介电常数ε为-2×103，且在1～500mhz频率范围内均为弱负值。

19、本发明有益效果：

20、(1)本发明采用一体成形的方法，构筑麦克烯三位气凝胶骨架结构，用以碳纳米管作为填料，丰富导电网络结构，实现完整的三位导电通路；在反应过程中采用超声震荡和高速搅拌，保证了反应体系的均一性和纳米填料的分散性。

21、(2)本发明制备的麦克烯/碳纳米管/聚二甲基硅氧烷超材料的介电常数ε为-1×103～-200，与现有方法合成的本征介电超材料相比，具有超宽带稳定的低负介电性能；本发明制备的麦克烯/碳纳米管/聚二甲基硅氧烷超材料可应用在电磁能量调控、单负超材料等领域。

技术特征：

1.一种具有超宽带稳定的低负介电常数的麦克烯基柔性超材料的制备方法，其特征在于：包括，

2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述超声震荡并经离心后收集上层清液，其中，超声震荡的条件为：在200～400w功率下超声10～30min。

3.如权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于：所述将ti3alc2 max相在氢氟酸环境中刻蚀，其中，刻蚀条件为：温度为30～35℃，时间为20～24h。

4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述将十二烷基苯磺酸钠溶于蒸馏水中，其中，十二烷基苯磺酸钠与蒸馏水的比例为4g：100ml。

5.如权利要求1或4所述的制备方法，其特征在于：所述分散液b中碳纳米管与蒸馏水的质量为0.1～3.0g：100ml。

6.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述取麦克烯分散液a滴入碳纳米管分散液b中，其中，麦克烯分散液a中麦克烯为碳纳米管质量的50～150％。

7.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述将聚二甲基硅氧烷主剂、固化剂与稀释剂混匀后，其中，聚二甲基硅氧烷主剂、固化剂与稀释剂的质量比20：2：11，稀释剂包括己烷。

8.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述将麦克烯基气凝胶充分浸渍于聚二甲基硅氧烷混合液c中，其中，浸渍时间为5～30min。

9.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述冷冻干燥得到麦克烯基气凝胶，其中，冷冻干燥温度为-40℃～-20℃，时间为2～72h。

10.权利要求1～9中任一所述的制备方法制得的具有超宽带稳定的低负介电常数的麦克烯基柔性超材料，其特征在于：所述麦克烯基柔性超材料在1mhz频率下的介电常数ε为-2×103，且在1～500mhz频率范围内均为弱负值。

技术总结本发明公开了一种具有超宽带稳定的低负介电常数的麦克烯基柔性超材料的制备方法，与现有方法合成的超材料相比，本发明制备的麦克烯/碳纳米管/聚二甲基硅氧烷超材料具有稳定的负介电常数特征；本发明通过简单易行的材料合成的方式制备出的复合材料综合优势明显，柔性，具有超宽带稳定的超材料特性，有助于扩大其在电子皮肤、微型天线、可穿戴电子元器件和电磁波调控等多个领域的应用。技术研发人员：叶根,丁继文,刘英杰,张婷娟,魏伟,孙建华受保护的技术使用者：国网黑龙江省电力有限公司伊春供电公司技术研发日：技术公布日：2024/6/18