一种分级多孔MXene-rGO泡沫材料及其制备方法与应用

本发明属于电磁吸收材料，尤其是涉及一种分级多孔mxene-rgo泡沫材料及其制备方法与应用。

背景技术：

1、当今社会广泛关注和热议电磁隐身、电磁污染、电磁安全和电磁防护等话题，其中重点关注自然、民用和军用三个方面。首先，自然界的电磁辐射主要来自雷电、地震、火山爆发、恒星爆发、太阳黑子活动和黑体辐射等自然现象。其次，在民用领域，电子信息技术的蓬勃发展极大地推动了手机、基站等消费电子产品和工业仪器的广泛应用。然而，这种变革在促进科技进步和生活发展的同时，也带来了电磁辐射和电磁污染问题，影响着人们的生产和生活。最后，在军事方面，具备电磁隐身能力的材料可以使军事设施、飞机、坦克、军舰等在受到雷达探查时减少反射信号，从而降低被侦查到的概率。因此，隐身技术成为现代军事技术发展规划中的重要板块。为了解决上述问题，吸波材料逐渐成研究的热点。

2、界面极化是损耗电磁波最有效的手段之一，界面极化现象通常发生在多相体系中相界面处，由于有不同的功函数，在异质界面处电荷分配不均匀，电荷从功函数低的地方向高的地方聚集，导致极化弛豫并产生电磁波损耗。目前，依赖于异质界面工程是构筑界面极化现象的最直接方法。通过机械混合、静电自组装和原位生长等方法，已经制备出一系列mxene基多元材料，其中异质界面极化在这些材料的吸波性能优化中发挥了重要作用。然而，研究人员仍然无法理清这些异质界面的构建策略与电磁参数可控设计之间的关系。两者之间的随机性导致了吸波性能无法进一步探究和优化。

3、因此，需要进一步开发和探索新型和可控的异质界面设计思路，以实现mxene基材料吸波性能的可控优化并进一步提高mxene基材料的电磁波吸波性能。

技术实现思路

1、本发明的目的就是为了提供一种分级多孔mxene-rgo泡沫材料及其制备方法与应用，以兼顾范德华异质结构和mxene基材料的特点从而提升电磁波吸波性能。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

3、一种分级多孔mxene-rgo泡沫材料，该泡沫材料包括mxene空心微球和片状rgo(还原氧化石墨烯)多孔泡沫骨架组成的范德华异质结构。

4、进一步地，所述片状rgo多孔泡沫骨架的孔隙为20-30μm。

5、进一步地，所述mxene空心微球均匀分布于片状rgo多孔泡沫骨架上，mxene空心微球的孔隙为1-2.5μm。

6、范德华异质结构是一种特殊的材料组合方式，由两种或多种材料通过范德华力相互连接而形成，其界面结构不涉及化学键的连接。范德华异质结构的主要特点包括较高的界面稳定性和较低的界面能量，因此相对于化学键合结构更为稳定。另外，范德华异质结构的性质主要取决于其组成材料和结构参数，因此其合成和设计具有更大的灵活性，可以通过选择不同的材料和调整结构参数来改变其性质。由于其具有量子限域效应和界面电荷转移等特性，范德华异质结构在光电、光磁、传感和催化等领域具有广泛的应用前景。对于二维mxene材料来说，范德华力在无需匹配晶体结构的情况下提供了与不同化学成分和结构的二维材料相结合的广泛可能性，引入的异质界面可以实现电子结构以及功函数的可调性，显示出了显著的带隙调制能力。

7、本发明还提供一种分级多孔mxene-rgo泡沫材料的制备方法，包括以下步骤：

8、(1)少层mxene材料的制备：对max相材料进行化学刻蚀，获得少层mxene材料；

9、(2)mxene微球的制备：将少层mxene材料溶液与微球模板分散液混合后搅拌均匀，离心得到mxene微球；

10、(3)分级多孔mxene-rgo泡沫材料的制备：将mxene微球与go(氧化石墨烯)分散液混合后加入到金属基底上，静置成胶；随后刻蚀金属基底，将剩余的凝胶冷冻干燥后进行煅烧，即得所述分级多孔mxene-rgo泡沫材料。

11、进一步地，步骤(1)中，所述max相材料包括ti3alc2或ti3sic2中的一种或多种，优选为ti3alc2。

12、进一步地，步骤(1)中，所述少层mxene材料对应为少层ti3c2tx材料。

13、进一步地，步骤(1)中，所述化学刻蚀的具体步骤为：将max相材料加入氟化锂与浓盐酸溶液，室温下搅拌5-10min；随后在40-50℃保温20-24小时，冷却至室温后3000-4000rpm离心8-12min，获得沉淀；依次用水和乙醇交替洗涤后超声分散。

14、更进一步地，所述max相材料、氟化锂和浓盐酸的质量比为1：(0.8-1)：(10-12)，优选为1:0.9:11。

15、进一步地，步骤(2)中，所述微球模板包括聚甲基丙烯酸甲酯(pmma)微球、聚苯乙烯(ps)微球或二氧化硅(sio2)微球中的一种或多种，优选为pmma微球。

16、进一步地，步骤(2)中，所述少层mxene材料溶液与微球模板分散液的质量比为1:(1-4)。

17、更进一步地，所述少层mxene材料溶液的浓度为4-6mg/ml，优选为5mg/ml。

18、更进一步地，所述微球模板分散液的浓度为8-12mg/ml，优选为10mg/ml。

19、进一步地，步骤(2)中，所述搅拌的时间为15-30min，优选为20min。

20、进一步地，步骤(2)中，所述搅拌的转速为300-500rpm，优选为400rpm。

21、进一步地，步骤(2)中，所述离心的时间为8-12min，优选为10min。

22、进一步地，步骤(2)中，所述离心的转速为3000-4000rpm，优选为3500rpm。

23、进一步地，步骤(3)中，所述go分散液的浓度为8-12mg/ml，优选为10mg/ml。

24、进一步地，步骤(3)中，所述mxene微球与go分散液的质量比为3:(4-6)，优选为3:5。

25、更进一步地，步骤(3)中，所述mxene微球与go分散液混合后调节混合液ph至2.5-3.5，优选为3.0。

26、进一步地，步骤(3)中，所述金属基底能被酸性物质刻蚀，优选为锌箔。

27、更进一步地，步骤(3)中，所述刻蚀金属基底的具体步骤为：待静置成胶后，将锌箔水洗后置入稀盐酸中使凝胶与锌箔分离；随后将凝胶在水中透析除去盐酸。

28、进一步地，步骤(3)中，所述成胶的时间为15-60min。

29、进一步地，步骤(3)中，所述煅烧在管式炉中进行。

30、进一步地，步骤(3)中，所述煅烧在氢气和惰性气体的氛围下进行，惰性气体优选为氦气。

31、进一步地，步骤(3)中，所述煅烧的温度为400-500℃，优选为450℃。

32、进一步地，步骤(3)中，所述煅烧的升温速率为4-6℃/min，优选为5℃/min。

33、进一步地，步骤(3)中，所述煅烧的时间为0.5-2h，优选为1h。

34、本发明还提供一种分级多孔mxene-rgo泡沫材料在电磁波吸收中的应用。

35、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

36、(1)本发明通过微球硬模板法和离子扩散诱导凝胶法制备得到了分级多孔mxene-rgo泡沫材料，整体上形成了空心球状mxene-片状rgo多孔泡沫骨架的范德华异质结构，大大提升了mxene基吸波材料的吸波性能。

37、(2)本发明制备得到分级多孔结构的材料。首先，分级多孔结构通过不同尺度的孔隙相互作用，能够有效地吸收不同波长的电磁波。这样的结构可以实现宽频带的电磁波吸收，对于需要隐身或电磁干扰抑制的应用场景尤为重要。其次，多孔材料的内部具有大量的表面和界面，电磁波在穿越时会发生多次反射和散射，增加了电磁能量的耗散路径，从而增强了吸波效率。此外，由于多孔结构内部包含大量空气或其他气体，材料的整体密度较低，因此能够在不牺牲性能的前提下减轻整体重量，这对于航空航天等领域尤为重要，可以有效减少能耗和提升动力性能。

38、(3)本发明的范德华异质结构使得不同材料的层间相互作用导致的极化效应能有效增强电磁波的损耗。电磁波在穿过这些界面时，会产生多次界面极化，从而转化为热能，增加了吸收电磁波的能力。此外，不同二维材料间的电荷转移和相互作用可导致电子迁移率的改变，有助于调控材料的导电性，进而优化吸波性能。

39、(4)本发明的制备方法简单，操作稳定可控，最终制得的分级多孔mxene-rgo泡沫材料具有吸收频带宽、吸收能力强的电磁波吸收特点，为工业生产电磁波吸收材料的设计与合成提供了一种新方案。