MXene/碳复合材料及其制备方法、吸波用途、薄膜、涂层、涂料与流程

本发明是属于吸波材料领域，主要是关于一种mxene/碳复合材料及其制备方法、吸波用途、薄膜、涂层、涂料。

背景技术：

1、以5g通讯为代表的新型无线通信技术，推动社会进步的同时，也加剧了电磁污染。为此，开发具备“薄、轻、宽、强”特性的高性能微波吸收材料至关重要。二维过渡金属碳化物/氮化物(mxene)材料凭借出色的导电性、高比表面积以及丰富的官能团等优势，成为一种极具潜力的微波吸收材料。然而，如何解决mxene材料存在的阻抗不匹配、易堆叠和高密度等问题，成为当前亟待解决的重要问题。

2、目前，通常选自不同的材料，如金属氧化物、聚合物、碳材料等，与mxene复合优化吸波性能，以mxene/c复合材料为例，东南大学孙正明教授课题组(nano-micro letters(2023)15:194)利用静电纺丝技术将二维的mxene材料与聚丙烯腈(pan)纤维复合再炭化，设计了一种mxene/c复合材料。目前，已报道的该些复合材料中的mxene成分，均通过预先制备得到。mxene材料制备通常包括刻蚀剂(hf酸或盐酸和金属氟化盐)刻蚀max相陶瓷材料中a原子，这一过程将max陶瓷材料浸泡刻蚀溶液中长达24小时，不仅过程非常耗时，并会产生大量危险废物，同时后续还需要超声剥离、液相清洗、干燥等工艺步骤；另外前驱体max相陶瓷材料制备又需要高温长时间烧结。这导致了mxene/c材料制备存在制备过程复杂，能耗大，成本高的问题，难以实现工业上的生产，阻碍了其进一步的应用。

技术实现思路

1、本发明的目的在于针对现有技术中mxene/碳复合材料制备过程复杂，能耗大，成本高的问题，提出一种基于碳材料气相生长mxene，得到mxene/碳复合材料的方法及其在吸波领域的应用。

2、本发明第一方面提供一种mxene/碳复合材料的制备方法，包括：将过渡金属的单质、碳材料和卤族氢化物或卤族单质气体加热至反应温度保温预定时间，以使所述碳材料上生长出mxene，得到所述mxene/碳复合材料。

3、在一些实施例中，上述碳材料选自天然石墨、鳞片石墨、膨胀石墨、石墨烯、碳纤维中的一种或多种。

4、在一些实施例中，上述过渡金属选自：ti、v、ta、w、zr、mo中的一种或多种。

5、在一些实施例中，上述卤化氢气体选自hcl、hbr或hi。

6、在一些实施例中，上述卤素单质气体选自cl2、br2或i2。

7、在一些实施例中，上述反应温度介于650至850℃。

8、在一些实施例中，上述保温预定时间介于1min至24h。

9、在一些实施例中，上述mxene的化学式为m2xtx或m2x，m代表过渡金属元素；x代表碳，tx代表表面含有官能团，所述官能团包括：cl、br、i中的至少一种。

10、在一些实施例中，将反应后得到的所述固态产物加入非水溶剂中分散，通过沉淀或离心分离杂质；优选地，所述非水溶剂选自碳酸丙烯、二甲基亚砜、n-甲基吡咯烷酮、乙腈、n,n-二甲基甲酰胺、n-甲基甲酰胺、异丙醇中的一种或多种。

11、在一些实施例中，上述碳材料选择石墨。

12、在一些实施例中，上述过渡金属单质为钛粉。

13、在一些实施例中，上述卤族氢化物为氯化氢。

14、本发明第二方面提供一种上述制备方法得到的mxene/碳复合材料。

15、在一些实施例中，上述mxene/碳复合材料中碳材料的质量含量介于1％～99％。

16、本发明第三方面提供一种上述的mxene/碳复合材料用于吸波的用途。

17、本发明第四方面提供一种吸波薄膜，该吸波薄膜包括：上述制备方法得到的mxene/碳复合材料。

18、本发明第五方面提供一种涂层，该涂层包括：上述制备方法得到的mxene/碳复合材料。

19、本发明第六方面提供一种涂料，该涂料中添加有上述mxene/碳复合材料。

20、本发明第七方面提供一种电子装置，该电子装置中设置上述的吸波薄膜或涂层。

21、本发明的mxene/碳复合材料中的mxene材料基于碳材料表面生长得到，避免了常规mxene/碳复合材料制备复杂的工艺，同时也解决了常规mxene材料易堆叠和高密度的问题。特别地，本发明的制备方法中原料易于获取，方法简单，能够在开放体系中合成，适用于工业化宏量制备，具有工业实用性。

22、作为吸波材料，本发明mxene/c复合材料以碳材料(如石墨、碳纤维)为基体，这类基体碳材料本身具有优异的导热性，得到的mxene/c复合材料能够保留基体的导热性，满足现代电子设备在防电磁干扰和散热方面的需求。

技术特征：

1.一种mxene/碳复合材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法步骤包括：将过渡金属的单质、碳材料和卤族氢化物或卤族单质气体加热至反应温度保温预定时间，以使所述碳材料上生长出mxene，得到所述mxene/碳复合材料。

2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述碳材料选自天然石墨、鳞片石墨、膨胀石墨、石墨烯、碳纤维中的一种或多种；

3.如权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述反应温度介于650至850℃；

4.如权利要求1至3中任一项所述的制备方法，其特征在于，将反应后得到的所述固态产物加入非水溶剂中分散，通过沉淀或离心分离杂质；

5.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述碳材料选择石墨；

6.一种如权利要求1至5中任一项所述的制备方法得到的mxene/碳复合材料；优选地，所述mxene/碳复合材料中碳材料的质量含量介于1％～99％。

7.一种如权利要求6所述的mxene/碳复合材料用于吸波的用途。

8.一种吸波薄膜或涂层，其特征在于，包括：如权利要求1至5中任一项所述的制备方法得到的mxene/碳复合材料；

9.一种涂料，其特征在于，所述涂料中添加有如权利要求6所述的mxene/碳复合材料。

10.一种电子装置，其特征在于，所述电子装置中设置有如权利要求8所述的吸波薄膜或涂层。

技术总结本发明公开了一种MXene/碳复合材料及其制备方法、吸波用途、薄膜、涂层、涂料；其中，该MXene/碳复合材料的制备方法步骤包括：将过渡金属的单质、碳材料和卤族氢化物或卤族单质气体加热至反应温度保温预定时间，以使所述碳材料上生长出MXene，得到所述MXene/碳复合材料。本发明的制备方法避免了常规MXene/碳复合材料制备复杂的工艺，同时也解决了常规MXene材料易堆叠和高密度的问题。技术研发人员：杨运洋,吴欣萍,张继凯,杜志国,杨树斌受保护的技术使用者：济南三川新材料科技有限公司技术研发日：技术公布日：2024/6/13