一种卤素端基化MXene材料在电磁波吸收中的应用

本发明属于电磁波吸收材料，尤其是涉及一种卤素端基化mxene材料在电磁波吸收中的应用。

背景技术：

1、在5g时代，由于频率更高、带宽更宽，电磁辐射问题更为突出。为了解决电磁辐射引发的一系列问题，吸波材料受到了国内外学者的广泛关注。吸波材料是一种能够将入射电磁波能量转化为其他形式并吸收损耗的功能材料。作为一种新型的碳基二维材料，mxene表现出优异的导电性、丰富的端基、独特的电子结构、大比表面积以及特有的“手风琴”结构等特点，使得其在吸波材料领域具有极佳的发展潜力。多层mxene主要依赖电导损耗和极化损耗能力来损耗电磁波，不同的电导/极化损耗导致不同的衰减系数和阻抗匹配程度，因此导致mxene呈现出不同的吸波性能。因此，对于单一组分mxene材料，调控电导损耗和极化损耗显得尤为重要。

2、mxene表面的端基对mxene的电学和磁学等性质具有决定性的影响。根据密度泛函理论，m层原子在费米能级周围的态密度较大，导致无表面端基的mxene呈现典型的金属特征。然而，在液相或气相刻蚀制备mxene的过程中，端基的引入是无法避免的，这会导致不同端基种类的mxene表现出电子结构和物理化学性质的差异。当引入端基后，端基的p轨道和m层原子的d轨道发生杂化，导致mxene在费米能级处的态密度明显下降，m层原子的d轨道移动到费米能级以上，从而产生带隙。mxene由导体向半导体转变，这会影响mxene的电导率和电导损耗能力。此外，mxene表面的端基作为极化中心会诱导产生偶极子极化，在高频电磁场下发生偶极子极化，从而影响mxene的极化损耗。

3、因此，端基的调控能同时影响电导损耗和极化损耗，不同端基种类会导致电导损耗和极化损耗表现出不同的变化规律，从而影响mxene的反射损耗强度、频带宽度和匹配厚度。一般来说，mxene材料的制备都是通过hf酸溶液刻蚀max相实现。hf酸刻蚀掉max相的a层原子后，溶液中的-oh、-o和-f等基团会与成键不饱和的mx层单元结合，形成mxene。因此，该方法得到的mxene材料表面基团不可避免由-oh、-o、-f构成，且其成分比例难以控制。

4、综上，仍待开发一种用于吸收电磁波的端基化mxene材料，以提高mxene基材料的电磁波吸收性能。

技术实现思路

1、本发明的目的就是为了克服现有mxene材料存在的电磁波吸收性能有待提高的缺陷而提供一种卤素端基化mxene材料在电磁波吸收中的应用。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

3、一种卤素端基化mxene材料在电磁波吸收中的应用，所述卤素端基化mxene材料结构通式为ti3c2xn，其中x选自cl、br或i，n为2或3；所述卤素端基化mxene材料用于电磁波吸收。

4、进一步地，所述卤素端基化mxene材料的结构式选自ti3c2clbr、ti3c2cli、ti3c2bri或ti3c2clbri。

5、进一步地，所述卤素端基化mxene材料在2-18ghz频率范围内的电磁波最小反射损失<-20db。

6、进一步地，所述卤素端基化mxene材料的制备方法包括以下步骤：

7、将max相材料、过渡金属卤化物、氯化钾和氯化钠在惰性气体氛围中混合并研磨，随后进行煅烧；将煅烧后的产物清洗、干燥即得到卤素端基化mxene材料。

8、进一步地，所述max相材料、过渡金属卤化物、氯化钾和氯化钠的质量比为0.5:(2.64-3.85):(0.2-0.4):(0.3-0.46)。

9、进一步地，所述max相材料包括ti3alc2或ti3sic2中的一种或多种，优选为ti3alc2。

10、进一步地，所述过渡金属卤化物选自氯化铜、溴化铜或碘化铜中的两种及以上。

11、进一步地，所述煅烧的温度为650-800℃，优选为700℃。

12、进一步地，所述煅烧的时间为8-12h，优选为10h。

13、进一步地，所述清洗使用氨水-氯化铵溶液。

14、进一步地，所述干燥的温度为60-80℃，干燥在真空环境下进行。

15、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

16、(1)本发明制备的卤素端基化mxene材料具备吸收频带宽、吸收能力强的电磁波吸收特点，在2-18ghz频率范围内展现出较好的电磁波吸收性能。

17、(2)本发明的卤素端基化mxene材料采用lewis酸熔融盐刻蚀法制备，其主要通过在过渡金属卤化物和max粉末充分混合后进行高温熔融，替换a原子层，然后经过酸洗得到多层mxene。在过渡金属卤化物和max发生反应时，m-a键被断裂，a原子转化为相应离子溶出，随后过渡金属占据原始a原子层位置，形成过渡金属-max的中间相。与普通化学刻蚀法得到的-oh、-f、-so4以及-o端基不同，lewis酸熔融盐刻蚀法可以得到卤素端基的mxene材料。

18、(3)本发明的制备方法稳定、可控，操作简单，为工业生产电磁波吸收材料的设计与合成提供了一种新型思路。

技术特征：

1.一种卤素端基化mxene材料在电磁波吸收中的应用，其特征在于，所述卤素端基化mxene材料结构通式为ti3c2xn，其中x选自cl、br或i，n为2或3；

2.根据权利要求1所述的一种卤素端基化mxene材料在电磁波吸收中的应用，其特征在于，所述卤素端基化mxene材料的结构式选自ti3c2clbr、ti3c2cli、ti3c2bri或ti3c2clbri。

3.根据权利要求1所述的一种卤素端基化mxene材料在电磁波吸收中的应用，其特征在于，所述卤素端基化mxene材料在2-18ghz频率范围内的电磁波最小反射损失<-20db。

4.根据权利要求1所述的一种卤素端基化mxene材料在电磁波吸收中的应用，其特征在于，所述卤素端基化mxene材料的制备方法包括以下步骤：

5.根据权利要求4所述的一种卤素端基化mxene材料在电磁波吸收中的应用，其特征在于，所述max相材料、过渡金属卤化物、氯化钾和氯化钠的质量比为0.5:(2.64-3.85):(0.2-0.4):(0.3-0.46)。

6.根据权利要求4所述的一种卤素端基化mxene材料在电磁波吸收中的应用，其特征在于，所述max相材料包括ti3alc2或ti3sic2中的一种或多种。

7.根据权利要求4所述的一种卤素端基化mxene材料在电磁波吸收中的应用，其特征在于，所述过渡金属卤化物选自氯化铜、溴化铜或碘化铜中的两种及以上。

8.根据权利要求4所述的一种卤素端基化mxene材料在电磁波吸收中的应用，其特征在于，所述煅烧的温度为650-800℃，煅烧的时间为8-12h。

9.根据权利要求4所述的一种卤素端基化mxene材料在电磁波吸收中的应用，其特征在于，所述清洗使用氨水-氯化铵溶液。

10.根据权利要求4所述的一种卤素端基化mxene材料在电磁波吸收中的应用，其特征在于，所述干燥的温度为60-80℃，干燥在真空环境下进行。

技术总结本发明涉及一种卤素端基化MXene材料在电磁波吸收中的应用，所述卤素端基化MXene材料结构通式为Ti<subgt;3</subgt;C<subgt;2</subgt;X<subgt;n</subgt;，其中X选自Cl、Br或I，n为2或3。所述卤素端基化MXene材料在2‑18GHz的频率范围内电磁波最小反射损失<‑20dB。与现有技术相比，本发明的卤素端基化MXene材料制备方法具有稳定、可控、简单易操作的特点，且该材料具备吸收频带宽、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思路。技术研发人员：陆伟,潘飞,杨洋受保护的技术使用者：同济大学技术研发日：技术公布日：2024/5/29