【摘 要】
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近些年,电磁波作为重要载体在各个领域得到了广泛应用,极大地促进了社会进步,但由此产生的电磁污染问题愈演愈烈。电磁污染会对电子仪器的正常运行以及人体健康产生不利影响。电磁波吸收材料能够有效地吸收电磁波,并将其转化为热能及其他形式的能量耗散掉。因此,开发具有“宽、薄、强、轻”特征的高性能吸波材料对降低电磁污染意义重大。二维材料是最具竞争力和前景的吸波材料之一,具有较强的电磁波衰减能力,MXene就是其
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近些年,电磁波作为重要载体在各个领域得到了广泛应用,极大地促进了社会进步,但由此产生的电磁污染问题愈演愈烈。电磁污染会对电子仪器的正常运行以及人体健康产生不利影响。电磁波吸收材料能够有效地吸收电磁波,并将其转化为热能及其他形式的能量耗散掉。因此,开发具有“宽、薄、强、轻”特征的高性能吸波材料对降低电磁污染意义重大。二维材料是最具竞争力和前景的吸波材料之一,具有较强的电磁波衰减能力,MXene就是其中的典型代表。MXene是一种新型的碳/氮化物材料,具有多层结构、大的表面积以及良好的电性能,在吸波材料领域潜力巨大。本文研究了MXene及其复合物的制备、冷烧结与吸波性能,主要内容及结论如下:1采用HF刻蚀方法,从Ti3Al C2中选择性地剥离Al原子层,制备多层Ti3C2TxMXene。研究了石蜡中不同Ti3C2Tx MXene填充量的吸波性能,结果表明:Ti3C2TxMXene吸波剂添加量为30wt%时,取得了优异的吸波性能。匹配厚度2.0mm时,在频率12.72GHz处,Ti3C2Tx MXene的反射损耗RL值达到-27.15d B,有效吸收带宽为7.12GHz。Ti3C2Tx MXene添加量为50wt%时,吸波性能明显降低。在测试厚度范围1-5mm内,反射损耗RL值均在0～-6d B之间,对电磁波的吸收强度较弱。纯Ti3C2Tx MXene在低填充量下取得良好的吸波效果,可归因于良好的阻抗匹配,独特的层状结构,较强的电导损耗、偶极极化及界面极化。Ti3C2Tx MXene的介电常数较大,填充量的提高会造成阻抗失配,因而产生较差的吸波效果。2为了进一步改善Ti3C2Tx MXene的吸波性能,可与低介电性Zn O材料进行复合改性。采用溶剂热法,利用Ti3C2Tx MXene的负电性,在Ti3C2Tx MXene的表面和层间诱导Zn O形核生长,制备了具有三明治结构的Ti3C2Tx MXene/Zn O复合材料。可以发现,Zn O对Ti3C2Tx MXene的改性后,能有效调节其电磁参数,改善吸波性能。50wt%吸波剂填充量下,MZ-1,MZ-2和MZ-3材料都取得了优异的吸波性能。MZ-1厚度为1.5mm时,在18GHz处的最小RL值为-21.02d B,有效吸收带宽为7.28GHz。厚度为2.0mm时,在9.12GHz处,RL的最小值为-42.0d B,有效吸收带宽为2.72GHz。MZ-2厚度为1.5mm时,有效带宽6.4GHz,在频率14.32GHz处,RL最小值-18.32d B。样品厚度4.0mm时,有效带宽1.52GHz,在频率4.4GHz处,RL最小值-41.84d B。MZ-3在厚度为1.5mm时,在频率11.68GHz处,RL达到了-30.20d B,有效吸收带宽为5.2GHz。Ti3C2Tx MXene/Zn O复合材料优异的吸波性能可归因于改性后良好的阻抗匹配、增强的界面极化以及独特的三明治结构。3.以1M醋酸溶液为瞬态液相,对纯Ti3C2Tx MXene以及Ti3C2Tx MXene/Zn O复合材料粉末冷烧结,制备结构型吸波材料。Ti3C2Tx MXene表面附带大量官能团,具有亲水性,而Zn O易溶于酸溶液,有利于冷烧结的进行。结果表明:Ti3C2Tx MXene及其复合物冷烧结后形成致密块体,Ti3C2Tx MXene的片层紧密贴合在一起,但片层依然可见。厚度5.5mm时,在频率3.44GHz处,RL值为-14.99 d B,有效吸收带为0.48GHz。MZ-2在低频处取得了良好的吸波性能,在频率为4.32GHz处,RL最小值为-15.30d B,有效带宽达到0.96GHz,厚度为4.0mm。冷烧结样品的吸波剂填充量为100wt%,Ti3C2Tx MXene片层间紧密结构易形成导电网路,增加了材料导电性,引起阻抗失配,造成对电磁波吸收强度不高,有效吸收带宽窄。
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