一种用于电磁屏蔽的MXene材料及其制备方法与流程

本发明属于电磁屏蔽，具体涉及一种用于电磁屏蔽的mxene材料及其制备方法。

背景技术：

1、电子设备的普及和发展使电磁污染日益严重，除了危害人体健康，电磁辐射还会干扰信号传输和设备运行，这使吸波材料的开发得到重视。吸波材料可以通过将电磁能量转化为热能有效抑制电磁污染，为了实现高效的能量转化，吸波材料需要具有适当的导电性、良好的极化能力和充足的磁性。mxene材料因为其具有优异的导电性、丰富的可极化官能团、电磁参数易调整、密度低、机械性能好、易加工等优势，在吸波材料领域展现出巨大的潜力。

2、传统氢氟酸(hf)刻蚀的方法可以得到的纯mxene，其过程是通过hf的边缘插入，使得金属层剥落，-f作为表面修饰基团，增加了层间间距，层间间隙允许hf分子进一步嵌入刻蚀，进而制备得到更多的层间间隙，这些间隙有利于电子和离子传输通道，也就会使得纯的mxene具有较高的导电性(chemical engineering journal 450(2022)138442)，然而由于导电性过高且缺乏磁响应，存在严重的阻抗失配问题，因而表现出较弱的吸收能力，进而难以实现对电磁波信号的高效屏蔽。

技术实现思路

1、为了克服上述现有技术的缺陷，本发明的发明目的在于提供一种用于电磁屏蔽的mxene材料及其制备方法，制备的电磁屏蔽材料具有高效的吸收特性，可以优化阻抗匹配，并且制备方法温和简单。

2、为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

3、一种用于电磁屏蔽的mxene材料，为m-ti3c2tx/fe3o4三明治结构，其中m为mxene。

4、一种用于电磁屏蔽的mxene材料的制备方法，包括以下步骤：

5、(1)m-ti3c2tx的制备：

6、首先，将20ml浓度为40wt％的hf溶液移至水热釜内胆内并冰浴冷却，降温后边搅拌边分批将2g的ti3alc2粉末加入其中；反应10分钟后，将水热釜内胆移至40℃油浴锅中，继续反应12小时；待反应结束后，离心收集黑色产物，用1m的盐酸溶液洗涤产物一次，之后用去离子水清洗直至上清液ph值约为6；最后，通过冷冻干燥得到制备的m-ti3c2tx粉末；

7、(2)fe3o4纳米颗粒的制备：

8、首先将1.3g无水fecl3、0.3g无水柠檬酸钠溶解在20ml乙二醇中形成橘红色溶液，将2.4g乙酸钠溶解在另外20ml乙二醇中形成无色溶液；随后将乙酸钠溶液加入到fecl3和柠檬酸钠的混合溶液中，并持续剧烈搅拌30分钟，得到土黄色不透明分散液；接下来，将得到的反应液转移至50ml的水热反应釜中，在200℃下保持10小时；用磁铁收集得到的黑色fe3o4纳米颗粒，最后用去离子水洗涤数次并冷冻干燥得到所制备的fe3o4纳米颗粒；

9、(3)m-ti3c2tx/fe3o4三明治结构的制备：

10、将步骤(2)制备的fe3o4纳米颗粒100mg分散到100ml浓度为1mg/ml的十六烷基三甲基溴化铵(ctab)溶液中，并机械搅拌4小时；随后使用磁铁收集带正电的fe3o4颗粒并冷冻干燥；通过超声处理将带正电的fe3o4分散在去离子水中，形成浓度为1mg/ml的分散液；通过机械搅拌将m-ti3c2tx粉末分散在去离子水中，分散液浓度也为1mg/ml；然后在机械搅拌下以5wt％-25wt％的质量比加入fe3o4分散液并持续搅拌4小时；最后通过离心收集m-ti3c2tx/fe3o4复合材料，用去离子水洗涤数次后冷冻干燥。

11、所述的步骤(1)m-ti3c2tx的制备过程中，进行离心清洗工艺时，离心机的转速设置为3500rpm，时间为5分钟。

12、所述的步骤(3)m-ti3c2tx/fe3o4三明治结构的制备，通过超声处理将带正电的fe3o4分散在去离子水中，形成浓度为1mg/ml的分散液时，超声的时间设置为30分钟。

13、和现有技术相比，本发明的有益效果是：由于本发明采用静电吸附的方法在mxene插层上吸附上fe3o4构建了m-ti3c2tx/fe3o4三明治结构，构建的fe3o4颗粒将阻碍m-ti3c2tx片层和块体间的电子跳跃行为，优化阻抗匹配，进一步使得介电常数衰减，对电磁波表现出较强的吸收能力，进而实现对电磁波信号的高效屏蔽。

14、1、本发明选择m-ti3c2tx/fe3o4三明治结构复合材料作为电磁屏蔽材料，由于fe3o4有效阻碍了m-ti3c2tx片层和块体间的电子跳跃运动，电磁波反射问题得到了改善，进而获得高效的电磁屏蔽效果。

15、2、在纯m-ti3c2tx中，电子可以快速在完整片层内部或片层与块体间迁移，这提供了优异的导电性和电磁耗散能力，但是过高的电导率同时导致了严重的阻抗失配，使电磁波在吸波体表面发生反射。fe3o4的引入有效抑制了片层和块体间的电子跳跃行为，这导致了复介电常数的降低。

16、3、随着fe3o4含量增加，电导损耗的占比逐渐减少，m-ti3c2tx表面官能团贡献的松弛极化损耗在介电损耗中占据愈发重要的地位，而电磁波的反射现象也得到了改善。同时，fe3o4的自然共振和涡流引入了磁损耗。

技术特征：

1.一种用于电磁屏蔽的mxene材料，其特征在于：为m-ti3c2tx/fe3o4三明治结构，其中m为mxene。

2.权利要求1所述的一种用于电磁屏蔽的mxene材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述的步骤(1)m-ti3c2tx的制备过程中，进行离心清洗工艺时，离心机的转速设置为3500rpm，时间为5分钟。

4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述的步骤(3)m-ti3c2tx/fe3o4三明治结构的制备，通过超声处理将带正电的fe3o4分散在去离子水中，形成浓度为1mg/ml的分散液时，超声的时间设置为30分钟。

技术总结一种用于电磁屏蔽的MXene材料及其制备方法，材料为m‑Ti<subgt;3</subgt;C<subgt;2</subgt;T<subgt;x</subgt;/Fe<subgt;3</subgt;O<subgt;4</subgt;三明治结构，其中m为MXene；制备是先进行m‑Ti<subgt;3</subgt;C<subgt;2</subgt;T<subgt;X</subgt;的制备；再进行Fe<subgt;3</subgt;O<subgt;4</subgt;纳米颗粒的制备；最后进行m‑Ti<subgt;3</subgt;C<subgt;2</subgt;T<subgt;x</subgt;/Fe<subgt;3</subgt;O<subgt;4</subgt;三明治结构的制备；其中，m‑Ti<subgt;3</subgt;C<subgt;2</subgt;T<subgt;X</subgt;为插层二维骨架结构，将所制备的Fe<subgt;3</subgt;O<subgt;4</subgt;纳米颗粒和m‑Ti<subgt;3</subgt;C<subgt;2</subgt;T<subgt;X</subgt;插层二维骨架结构相复合便得到m‑Ti<subgt;3</subgt;C<subgt;2</subgt;T<subgt;x</subgt;/Fe<subgt;3</subgt;O<subgt;4</subgt;复合结构，其中的Fe<subgt;3</subgt;O<subgt;4</subgt;纳米颗粒镶嵌入插层结构中，形成了三明治型MXene复合材料，通过测量的衰减常数值曲线获得相应材料的电磁屏蔽性能；本发明具有简便、响应高、稳定性好的优点。技术研发人员：何巍,陈宏刚,李小娟,祁伟健,汤一尧,谢延凯,赵睿,高世刚,柳洋,李韶瑜,雷俊,曹碧波,王永奇,张正渊,樊新鸿,景瑞斌,马玲受保护的技术使用者：国网甘肃省电力公司电力科学研究院技术研发日：技术公布日：2024/7/18