CN105418072A - 铁氧体材料与MXenes的复合材料、其制备方法及应用 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种铁氧体材料与MXenes构成的复合材料,其中铁氧体分子分散在MXenes的片层结构。该复合材料具有良好的电导性能,当温度低于260K时,依然能保持一定的电导率;并且,该复合材料具有良好的阻抗匹配性能,因此能够作为吸波材料而应用于抗电磁干扰天线、滤波器、电感元件等各类电子元器件中,尤其适用于在低温条件下的吸波应用。

Description

铁氧体材料与MXenes的复合材料、其制备方法及应用
技术领域
本发明涉及复合材料技术领域,特别涉及一种铁氧体材料与MXenes的复合材料、其制备方法及应用。
背景技术
随着电子信息产业的飞速发展,笔记本电脑、手机、平板电脑等移动通讯设备大量普及,几乎已覆盖至每一个家庭,并成为日常生活中不可或缺的一部分。但随着这些无线通信设备和高频电子器件用量的急剧增加,电磁干扰(Electromagneticinterference)现象与电磁污染问题也愈演愈烈。
铁氧体材料是双复介质,不但具有一般介质材料的欧姆损耗、极化损耗、离子和电子共振损耗,还具有铁氧体特有的畴壁共振损耗、磁矩自然共振损耗和粒子共振损耗,因此,铁氧体作为一种研究最为成熟的吸波材料,已经在抗电磁干扰天线、滤波器、电感元件等各类电子元器件中得到广泛的应用。但是,铁氧体材料密度较高,低温下将转变为绝缘体,并且存在陶瓷材料的脆性问题,这些因素限制了其在高阶模吸收器(加速器)及空间武器装备等特殊领域(航空航天)的应用。
二维过渡金属碳化物或碳氮化物,即MXenes,是由Gogotsi和Barsoum等人在2011年合作发现的具有二维片层结构的新型材料,一般可用Mn+1XnTz表示,其中M指过渡族金属(如Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Sc等),X指C或/和N,n一般为1-3,Tz指表面基团(如O2-、OH-、F-、NH3、NH4 +等)。目前,MXenes一般来源于三元层状金属陶瓷Mn+1AXn相(M为过渡金属元素,A为主族元素,X为C和/或N,n一般为1~3,简称MAX相),通过将MAX相中结合较弱的A位元素(如Al、Si等原子)抽出而得到。同石墨烯类似,MXenes具有优良的导电导热性,较高的比表面积。而且,MXenes天然具有多层“类手风琴”结构,不易团聚;同时,其表面带有的丰富基团能够作为铁/镍/钴等离子的合适配体。
发明内容
本发明提供了一种铁氧体材料与MXenes的复合材料,铁氧体分子分散在MXenes的片层结构中。
所述的复合材料中,铁氧体材料与MXenes的质量可调,根据实际需要,MXenes的质量占所述复合材料总质量的百分含量在0.1~99.9%范围可调,铁氧体材料占所述复合材料总质量的百分比含量在0.1~99%范围可调。
所述的铁氧体材料不限,包括化学式为MeFe2O4、AFe12O19、R3Fe5O12等体系的铁氧体材料。其中Me元素可以是Ni、Mn、Zn、Cu、Co、Fe、Li、Mg、Cr、Ca、Ba等元素中的一种元素或两种以上元素的组合;A元素可以是Ba、Co、Ni、Mn、Zn、Cu、Fe、Li、Mg、Cr、Ca等元素中的一种元素或两种以上元素的组合;R元素可以是Y、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu等稀土元素中的一种元素或两种以上元素的组合。
所述的MXenes的制备方法不限,可以通过将三元层状金属陶瓷Mn+1AXn相(M为过渡金属元素,A为主族元素,X为C和/或N,n一般为1~3)中结合较弱的A位元素(如Al、Si等原子)抽出而制得。
所述复合材料粉体的制备方法不限,包括化学共沉淀法、固相球磨法、溶胶-凝胶法、自蔓延燃烧法、共沉淀-水热法等。
作为一种优选结构,所述的复合材料中,铁氧体分子原位生长在MXenes的片层结构中。为此,本发明采用共沉淀法制备具有该优选结构的复合材料粉体,具体包括如下步骤:
将适量MXenes溶于分散液中,制得分散均匀的MXenes溶液;
按照铁氧体材料化学式中相应元素的物质的量进行铁氧体材料的原料配制;
将铁氧体材料的原料与MXenes溶液混合,得到混合溶液一;
将混合溶液一滴入碱性溶液中,得到混合溶液二,调节混合溶液二的pH值为7~12,在搅拌条件下混合溶液二在20~90℃温度下发生反应,反应产物清洗、烘干,得到铁氧体材料与MXenes的复合材料粉体。
所述的分散液不限,包括但不限于木质素磺酸钠、十二烷基苯磺酸钠或油胺中的一种溶液等。
所述的反应时间优选为10min~120min。
所述的碱性溶液不限,包括氢氧化钠、氢氧化钾、氨水溶液等。
实际应用中,往往需要将上述制得的复合材料粉体制成块体形式,为此,作为优选,将上述制得的复合材料粉体进行烧结,得到块体形式的复合材料。所述的烧结方法不限,包括微波烧结、快速等离子烧结等。作为优选,所述的烧结方法为微波烧结或者快速等离子烧结,具有烧结温度低、保温时间短,以及得到的块体材料烧结致密化程度高的优点。
综上所述,本发明将铁氧体材料与MXenes进行复合,纳米级的铁氧体分子分散在亚微米级的MXenes片层结构中构成复合材料,该复合材料具有如下优点:
(1)兼具铁氧体材料与MXenes的优点。一方面,MXenes片层结构在该复合材料中形成导电网络结构,使该复合材料具有良好的电导性能,其室温电导率相对于纯铁氧体材料提高了5~10个数量级,当温度低于260K时,依然能保持一定的电导率;另一方面,该复合材料具有良好的阻抗匹配性能。因此,该复合材料能够作为吸波材料而应用于抗电磁干扰天线、滤波器、电感元件等各类电子元器件中,尤其适用于在低温条件下应用,例如,能够在80K的液氮低温下工作,从而可以应用在基于能量回收型加速器的自由电子激光光源中,满足该类加速器对高阶模抑制器用吸波材料的低温要求;能够应用在深海潜艇用雷达屏蔽器件中,满足当潜艇处于深海低温时,雷达屏蔽器件中的吸波材料能够正常发挥用途;能够应用在外太空用电磁屏蔽器件中,满足当电磁屏蔽器件处于外太空低温中时,其中的吸波材料能够正常发挥用途,以及应用在其他诸如电子器件,抗电磁干扰器件等中,满足当该类器件处于常温或者低温时,其中的吸波材料能够正常发挥用途,以满足在实际生产生活中特殊条件下的要求。
(2)与铁氧体材料相比,该复合材料中由于包含具有多层“类手风琴”结构的MXenes,因此密度降低,质量轻,并且不易团聚,从而能够拓宽作为吸波材料的应用领域。
(3)铁氧体材料与MXenes的质量分数可调,因此能够根据实际应用需求调节吸波性能。
(4)可根据实际应用需要将该复合材料成型或加工成所需形状和尺寸的器件,亦可制成浆料,采用流延法、冷喷涂法、热喷涂、丝网印刷、涂刷等方法制成所需电磁屏蔽涂层。
(5)作为优选,采用共沉淀法,充分利用MXenes的表面基团,将铁氧体材料离子原位吸附在MXenes材料片层结构中,然后利用共沉淀法原位生成铁氧体分子,从而使铁氧体分子原位生长在MXenes的片层结构中,一方面加强了铁氧体分子与MXenes片层结构的结合力,另一方面有利于该复合材料的性能稳定。
附图说明
图1是本发明实施例1中MXenes-20wt.%Ni0.5Zn0.5Fe2O4复合材料的XRD谱;
图2是本发明实施例1中MXenes-20wt.%Ni0.5Zn0.5Fe2O4复合材料粉体的SEM照片;
图3是本发明实施例2中Ni0.5Zn0.5Fe2O4-2wt.%MXenes复合材料粉体的磁滞回线;
图4是本发明实施例2中Ni0.5Zn0.5Fe2O4-2wt.%MXenes复合材料的变温电导率图。
具体实施方式
以下结合附图与实施例对本发明的具体实施方式作进一步说明,需要指出的是,以下所述实施例旨在便于对本发明的理解,而对其不起任何限定作用。
实施例1:
本实施例中,铁氧体材料为Ni0.5Zn0.5Fe2O4,MXenes材料为Ti3C2Tx,该铁氧体材料与MXenes材料构成复合材料,其中铁氧体材料的质量百分含量为20%,MXenes的质量百分含量为80%,其化学表示式为MXenes-20wt.%Ni0.5Zn0.5Fe2O4;并且,铁氧体分子原位生长在MXenes的片层结构中。
上述复合材料的具体制备方法如下:
(1)称取0.5gTi3C2Tx溶于木质素磺酸钠的过饱和溶液中,超声破碎45min,制得分散均匀的MXenes溶液;
(2)在室温下按铁氧体材料Ni0.5Zn0.5Fe2O4的摩尔比Ni2+:Zn2+:Fe3+=0.5:0.5:2称取Ni(NO3)2·6H2O、Zn(NO3)2·6H2O和Fe(NO3)3·9H2O,加入MXenes溶液中,得到混合溶液一,其中铁氧体材料占铁氧体材料与Ti3C2Tx总质量的质量百分含量为20%;
(3)按一定配比,配置一定量的氢氧化钠溶液,将混合溶液一以0.3L/h的流速滴入该氢氧化钠溶液中,得到混合溶液二,调节混合溶液二的pH值为10.5,并以1000rpm的转速搅拌,在70℃温度下混合溶液二反应60min;反应完成后将所得浆料用去离子水洗涤5次,接着在80℃烘干,得到MXenes-20wt.%Ni0.5Zn0.5Fe2O4复合材料粉体;
(4)将步骤(3)中制备得到的MXenes-20wt.%Ni0.5Zn0.5Fe2O4复合材料粉体经造粒成型,得到所需器件胚体;将该胚体放入专业微波炉内烧结,烧结气氛为纯氩气,常压下以20℃/min的升温速率升温至800℃,然后保温30min之后随炉冷却,即得到MXenes-20wt.%Ni0.5Zn0.5Fe2O4复合材料块体。
对上述步骤(3)中制备得到的MXenes-20wt.%Ni0.5Zn0.5Fe2O4粉体材料的物相进行测量分析,得到如图1所示的XRD谱,从图1可以看出:与Ni0.5Zn0.5Fe2O4复合后,MXenes仍保持原有物相结构,有TiO2杂相生成。
图2是该MXenes-20wt.%Ni0.5Zn0.5Fe2O4粉体的SEM照片,从图2可以看出:Ni0.5Zn0.5Fe2O4原位生长在MXenes的片层结构中,形成了类手风琴结构。
实施例2:
本实施例中,铁氧体材料为Ni0.5Zn0.5Fe2O4,MXenes材料为Ti3C2Tx,该铁氧体材料与MXenes材料构成复合材料,其中铁氧体材料的质量百分含量为98%,MXenes的质量百分含量为2%,其化学表示式为Ni0.5Zn0.5Fe2O4-2wt.%MXenes;并且,铁氧体分子原位生长在MXenes的片层结构中。
上述Ni0.5Zn0.5Fe2O4-2wt.%MXenes复合材料的具体制备方法如下:
(1)称取0.5gTi3C2Tx溶于木质素磺酸钠的过饱和溶液中,超声破碎45min,制得分散均匀的MXenes溶液;
(2)在室温下按铁氧体材料Ni0.5Zn0.5Fe2O4的摩尔比Ni2+:Zn2+:Fe3+=0.5:0.5:2称取Ni(NO3)2·6H2O、Zn(NO3)2·6H2O和Fe(NO3)3·9H2O,加入步骤(1)中配置好的MXenes溶液,得到混合溶液一,其中MXenes占铁氧体材料与MXenes总质量的质量百分含量为2%;
(3)按一定配比,配置一定量的氢氧化钠溶液,将混合溶液一以0.5L/h的流速滴入该氢氧化钠溶液中,得到混合溶液二,调节混合溶液二的pH值为10.8,并以2000rpm的转速搅拌,混合溶液二在60℃温度下反应60min;反应完成后将所得浆料用去离子水洗涤3次,接着在60℃烘干,得到Ni0.5Zn0.5Fe2O4-2wt.%MXenes复合材料粉体;
对上述步骤(3)中制备得到的Ni0.5Zn0.5Fe2O4-2wt.%Mxenes复合材料粉体的物相进行测量分析,得到类似如图1所示的XRD谱,从图中可以看出:与Ni0.5Zn0.5Fe2O4复合后,MXenes仍保持原有物相结构,有少量TiO2杂相生成。
进一步用SEM对该Ni0.5Zn0.5Fe2O4-2wt.%MXenes粉体材料形貌进行观察,可得到类似于图2的照片,可看出Ni0.5Zn0.5Fe2O4原位生长在MXenes的片层结构中,形成类手风琴结构。
(4)将步骤(3)中制备得到的MXenes-20wt.%Ni0.5Zn0.5Fe2O4复合材料粉体经放电等离子烧结,烧结气氛为纯氩气,轴向压力为30MPa,以100℃/min的升温速率升温至700℃,然后保温5min,烧结完成之后随炉冷却,得到Ni0.5Zn0.5Fe2O4-2wt%MXenes复合材料块体。
用物理性能测定系统测量上述步骤(4)中制备得到的Ni0.5Zn0.5Fe2O4-2wt.%MXenes复合材料块体的室温磁滞回线和变温电导率,得到如图3和图4所示图线。表明:Ni0.5Zn0.5Fe2O4-2wt.%MXenes复合材料仍然保持较好的磁性能;与纯铁氧体材料相比,该复合材料的室温电导率提高了近6个数量级,并且当温度低于273K时,Ni0.5Zn0.5Fe2O4-2wt.%MXenes复合材料仍然能够保持良好的电导率,甚至当温度降低至100K时,其电导率仍然能够达到0.001~0.01S/m,具有导电性能。
因此,上述Ni0.5Zn0.5Fe2O4-2wt.%MXenes复合材料具有低温导电性能,可以作为吸波材料应用于以下在低温环境下使用的器件中:
(1)基于ERL的FEL光源中,满足该类加速器对高阶模抑制器用吸波材料的低温要求;
(2)能够应用在深海潜艇用雷达屏蔽器件中,满足当潜艇处于深海中低温环境下,雷达屏蔽器件中的吸波材料能够正常发挥用途;
(3)应用在外太空用电磁屏蔽器件中,满足当外太空用电磁屏蔽器件处于低温环境下,其中的吸波材料能够正常发挥用途;
(4)应用在其他诸如电子器件,抗电磁干扰器件等中,满足当该器件处于低温环境下,其中的吸波材料能够正常发挥用途。
实施例3:
本实施例中,铁氧体材料为CoFe2O4,MXenes材料为V3C2Tx,该铁氧体材料与MXenes材料构成复合材料,其中铁氧体材料的质量百分含量为90%,MXenes的质量百分含量为10%,其化学表示式为CoFe2O4-10wt.%MXenes;并且,铁氧体分子原位生长在MXenes的片层结构中。
上述CoFe2O4-10wt.%MXenes复合材料的具体制备方法如下:
(1)称取0.5gV3C2Tx溶于十二烷基苯磺酸钠的过饱和溶液中,超声破碎45min,制得分散均匀的MXenes溶液;
(2)在室温下按铁氧体材料CoFe2O4的摩尔比Co2+:Fe3+=1:2称取Co(NO3)2·6H2O和Fe(NO3)3·9H2O,加入步骤(1)中配置好的MXenes溶液,得到混合溶液一,其中MXenes占铁氧体材料与MXenes总质量的质量百分含量为10%;
(3)按一定配比,配置一定量的氢氧化钠溶液,将混合溶液一以0.5L/h的流速滴入该氢氧化钠溶液中,得到混合溶液二,调节混合溶液二的pH值为9.5,并以1500rpm的转速搅拌,在80℃温度下反应30min;反应完成后将所得浆料用去离子水洗涤3次,接着在60℃烘干,得到CoFe2O4-10wt.%MXenes复合材料粉体;
对上述步骤(3)中制备得到的CoFe2O4-10wt.%MXenes复合材料粉体的物相进行测量分析,得到类似如图1所示的XRD谱,从图中可以看出:与CoFe2O4粉体复合后,MXenes仍保持原有物相结构,有少量TiO2杂相生成。
进一步用SEM对该CoFe2O4-10wt.%MXenes粉体材料形貌进行观察,可得到类似于图2的照片,可看出CoFe2O4原位生长在MXenes的片层结构中,形成类手风琴结构。
(4)将(3)中制备得到的CoFe2O4-10wt.%MXenes复合材料粉体经放电等离子烧结,烧结气氛为纯氩气,轴向压力为30MPa,以100℃/min的升温速率升温至700℃,然后保温5min,烧结完成之后随炉冷却,得到CoFe2O4-10wt.%MXenes复合材料块体。
用物理性能测定系统测量上述步骤(4)中制备得到的CoFe2O4-10wt.%MXenes复合块体材料的室温磁滞回线和变温电导率,得到类似图3和图4所示图线。表明:CoFe2O4-10wt.%MXenes复合材料仍然保持较好的磁性能;与纯铁氧体材料相比,该铁氧体基陶瓷复合材料的室温电导率提高了近6个数量级,并且当温度低于273K时,CoFe2O4-10wt.%MXenes复合材料仍然能够保持良好的电导率,甚至当温度降低至100K时,其电导率仍然能够达到0.001~0.1S/m,具有导电性能。
因此,上述CoFe2O4-10wt.%MXenes复合材料具有低温导电性能,可以作为吸波材料应用于以下在低温环境下使用的器件中:
(1)基于ERL的FEL光源中,满足该类加速器对高阶模抑制器用吸波材料的低温要求;
(2)能够应用在深海潜艇用雷达屏蔽器件中,满足当潜艇处于深海中低温环境下,雷达屏蔽器件中的吸波材料能够正常发挥用途;
(3)应用在外太空用电磁屏蔽器件中,满足当外太空用电磁屏蔽器件处于低温环境下,其中的吸波材料能够正常发挥用途;
(4)应用在其他诸如电子器件,抗电磁干扰器件等中,满足当该器件处于低温环境下,其中的吸波材料能够正常发挥用途。
实施例4:
本实施例中,铁氧体材料为CoFe2O4,MXenes材料为V3C2Tx,该铁氧体材料与MXenes材料构成复合材料,其中铁氧体材料的质量百分含量为50%,MXenes的质量百分含量为50%,其化学表示式为CoFe2O4-50wt.%MXenes;并且,铁氧体分子原位生长在MXenes的片层结构中。
上述CoFe2O4-50wt.%MXenes复合材料的具体制备方法如下:
(1)称取0.5gV3C2Tx溶于十二烷基苯磺酸钠的过饱和溶液中,超声破碎60min,制得分散均匀的MXenes溶液;
(2)在室温下按铁氧体材料CoFe2O4的摩尔比Co2+:Fe3+=1:2称取Co(NO3)2·6H2O和Fe(NO3)3·9H2O,加入步骤(1)中配置好的MXenes溶液,得到混合溶液一,其中MXenes占铁氧体材料与MXenes总质量的质量百分含量为50%;
(3)按一定配比,配置一定量的氢氧化钾溶液,将混合溶液一以0.5L/h的流速滴入该氢氧化钾溶液中,得到混合溶液二,调节混合溶液二的pH值为8.5,并以1500rpm的转速搅拌,在70℃温度下反应50min;反应完成后将所得浆料用去离子水洗涤3次,接着在70℃烘干,得到CoFe2O4-50wt%MXenes复合材料粉体;
对上述步骤(3)中制备得到的CoFe2O4-50wt.%MXenes复合材料粉体的物相进行测量分析,得到类似如图1所示的XRD谱,从图中可以看出:与CoFe2O4复合后,MXenes仍保持原有物相结构,有少量TiO2杂相生成。
进一步用SEM对该CoFe2O4-50wt.%MXenes粉体材料形貌进行观察,可得到类似于图2的照片,可看出CoFe2O4原位生长在MXenes的片层结构中,形成类手风琴结构。
(4)将步骤(3)中制备得到的CoFe2O4-50wt.%MXenes复合材料粉体经放电等离子烧结,烧结气氛为纯氩气,轴向压力为30MPa,以200℃/min的升温速率升温至700℃,然后保温5min,烧结完成之后随炉冷却,得到CoFe2O4-50wt.%MXenes复合材料块体。
用物理性能测定系统测量上述步骤(4)中制备得到的CoFe2O4-50wt.%MXenes复合块体材料的室温磁滞回线和变温电导率,得到类似图3和图4所示图线。表明:CoFe2O4-50wt.%MXenes复合材料仍然保持较好的磁性能;与纯铁氧体材料相比,该铁氧体基陶瓷复合材料的室温电导率提高了近6个数量级,并且当温度低于273K时,CoFe2O4-50wt.%MXenes复合材料仍然能够保持良好的电导率,甚至当温度降低至100K时,其电导率仍然能够达到0.001~10S/m,具有导电性能。
因此,上述CoFe2O4-50wt.%MXenes复合材料具有低温导电性能,可以作为吸波材料应用于以下在低温环境下使用的器件中:
(1)基于ERL的FEL光源中,满足该类加速器对高阶模抑制器用吸波材料的低温要求;
(2)能够应用在深海潜艇用雷达屏蔽器件中,满足当潜艇处于深海中低温环境下,雷达屏蔽器件中的吸波材料能够正常发挥用途;
(3)应用在外太空用电磁屏蔽器件中,满足当外太空用电磁屏蔽器件处于低温环境下,其中的吸波材料能够正常发挥用途;
(4)应用在其他诸如电子器件,抗电磁干扰器件等中,满足当该器件处于低温环境下,其中的吸波材料能够正常发挥用途。
以上所述实施例对本发明的技术方案进行了详细说明,应理解的是以上所述仅为本发明的具体实施例,并不用于限制本发明,凡在本发明的原则范围内所做的任何修改、补充或类似方式替代等,均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.铁氧体材料与MXenes的复合材料,其特征是:铁氧体分子分散在MXenes的片层结构中。
2.如权利要求1所述的铁氧体材料与MXenes的复合材料,其特征是:MXenes的质量占所述复合材料总质量的百分含量为0.1~99.9%。
3.如权利要求1所述的铁氧体材料与MXenes的复合材料,其特征是:所述的铁氧体材料包括化学式为MeFe2O4、AFe12O19或R3Fe5O12体系的铁氧体材料,其中Me元素是Ni、Mn、Zn、Cu、Co、Fe、Li、Mg、Cr、Ca、Ba元素中的一种元素或两种以上元素的组合;A元素是Ba、Co、Ni、Mn、Zn、Cu、Fe、Li、Mg、Cr、Ca元素中的一种元素或两种以上元素的组合;R元素是稀土元素Y、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu中的一种元素或两种以上元素的组合。
4.如权利要求1所述的铁氧体材料与MXenes的复合材料,其特征是:所述的MXenes通过将三元层状金属陶瓷Mn+1AXn相中结合较弱的A位元素抽出而制得;其中,M为过渡金属元素,A为主族元素,X为C和/或N,n为1~3。
5.如权利要求1至4中任一权利要求所述的铁氧体材料与MXenes的复合材料,其特征是:铁氧体分子原位生长在MXenes的片层结构中。
6.如权利要求5所述的铁氧体材料与MXenes的复合材料的制备方法,其特征是:包括如下步骤:
将适量MXenes溶于分散液中,制得分散均匀的MXenes溶液;
按照铁氧体材料化学式中相应元素的物质的量进行铁氧体材料的原料配制;
将铁氧体材料的原料与MXenes溶液混合,得到混合溶液一;
将混合溶液一滴入碱性溶液中,得到混合溶液二,调节混合溶液二的pH值为7~12,在搅拌条件下混合溶液二在20~90℃温度下发生反应,将反应产物清洗、烘干,得到铁氧体材料与MXenes的复合材料粉体。
7.如权利要求5所述的铁氧体材料与MXenes的复合材料的制备方法,其特征是:所述的反应时间为10min~120min。
8.如权利要求5所述的铁氧体材料与MXenes的复合材料的制备方法,其特征是:所述的分散液是木质素磺酸钠、十二烷基苯磺酸钠或油胺中的一种溶液;
作为优选,所述的碱性溶液包括氢氧化钠、氢氧化钾、氨水溶液。
9.如权利要求5所述的铁氧体材料与MXenes的复合材料的制备方法,其特征是:所述的铁氧体材料与MXenes的复合材料粉体进行烧结,得到所述的铁氧体材料与MXenes的复合材料块体。
10.如权利要求1至4中任一权利要求所述的铁氧体材料与MXenes的复合材料作为吸波材料的应用。
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Cited By (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106750277A (zh) * 2016-12-05 2017-05-31 哈尔滨工业大学 一种MXene‑聚苯胺复合材料及其制备方法
CN106747392A (zh) * 2017-03-03 2017-05-31 中国地质大学(北京) 一种Ho/Co复合掺杂Ni‑Zn铁氧体陶瓷的制备方法
CN106753238A (zh) * 2016-12-15 2017-05-31 陕西科技大学 一种叠层吸波复合材料的制备方法
CN106854453A (zh) * 2016-12-15 2017-06-16 陕西科技大学 一种层状复合吸波材料的制备方法
CN107058851A (zh) * 2016-12-29 2017-08-18 上海大学 一种二维片层材料增强的金属基复合材料
WO2018039298A1 (en) 2016-08-25 2018-03-01 Drexel University Antennas comprising mx-ene films and composites
CN108251054A (zh) * 2018-03-23 2018-07-06 中国工程物理研究院材料研究所 一种复合吸波材料及其制备方法
CN108633242A (zh) * 2018-04-11 2018-10-09 西安工程大学 一种钛碳/镍复合粉体电磁波吸收剂及制备方法
CN108751995A (zh) * 2018-07-10 2018-11-06 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 纳米微粒原位包覆MXenes复合材料、其制法及用途
CN108821291A (zh) * 2018-07-10 2018-11-16 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 一种新型三元层状max相材料、其制备方法及应用
CN110290691A (zh) * 2019-07-17 2019-09-27 湖南工程学院 一种片层状MXene负载钴铁氧体的复合吸波材料及其制备方法
CN110499142A (zh) * 2019-09-25 2019-11-26 深圳大学 一种高效屏蔽电磁干扰MXene/金属离子复合材料及其制备方法
CN111172672A (zh) * 2020-01-16 2020-05-19 太原师范学院 一种MXenes/聚氨酯保温材料及其制备方法
CN111470543A (zh) * 2019-01-24 2020-07-31 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 磁性元素复合磁性max相的复合材料、其制法及应用
US20210101839A1 (en) * 2018-06-20 2021-04-08 Drexel University Ceramic oxide composites reinforced with 2d mx-enes
CN113423254A (zh) * 2021-05-26 2021-09-21 西安理工大学 一种具有电磁吸波性能的复合吸波剂及其制备方法
CN114058186A (zh) * 2021-11-02 2022-02-18 华南理工大学 MXene/锌锰铁氧体/发泡硅橡胶吸波复合材料及其制备方法与应用
CN115216118A (zh) * 2022-07-01 2022-10-21 中科和智诚(厦门)新材料有限公司 一种绝缘材料及其制备工艺

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1655296A (zh) * 2003-02-14 2005-08-17 美蓓亚株式会社 由Mn-Zn铁氧体制成的电磁波吸收体
CN102693804A (zh) * 2012-06-11 2012-09-26 东华大学 一种锶铁氧体/锌铁氧体复合材料及其制备方法和应用
WO2012177712A1 (en) * 2011-06-21 2012-12-27 Drexel University Compositions comprising free standing two dimensional nanocrystals

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1655296A (zh) * 2003-02-14 2005-08-17 美蓓亚株式会社 由Mn-Zn铁氧体制成的电磁波吸收体
WO2012177712A1 (en) * 2011-06-21 2012-12-27 Drexel University Compositions comprising free standing two dimensional nanocrystals
CN102693804A (zh) * 2012-06-11 2012-09-26 东华大学 一种锶铁氧体/锌铁氧体复合材料及其制备方法和应用

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
陈苒: "一种新型二维材料:V2CTZ及多孔V2CTZ", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技I辑(月刊)》 *
隋宏超: "氧化石墨烯与铁氧体复合材料的制备及性能研究", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技I辑(月刊)》 *

Cited By (26)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3504288A4 (en) * 2016-08-25 2020-05-06 Drexel University ANTENNAS WITH MX-EN FILMS AND COMPOSITES
WO2018039298A1 (en) 2016-08-25 2018-03-01 Drexel University Antennas comprising mx-ene films and composites
US11456527B2 (en) 2016-08-25 2022-09-27 Drexel University Antennas comprising MX-ene films and composites
US11862847B2 (en) 2016-08-25 2024-01-02 Drexel University Antennas comprising MX-ENE films and composites
CN106750277B (zh) * 2016-12-05 2019-05-07 哈尔滨工业大学 一种MXene-聚苯胺复合材料及其制备方法
CN106750277A (zh) * 2016-12-05 2017-05-31 哈尔滨工业大学 一种MXene‑聚苯胺复合材料及其制备方法
CN106753238A (zh) * 2016-12-15 2017-05-31 陕西科技大学 一种叠层吸波复合材料的制备方法
CN106854453A (zh) * 2016-12-15 2017-06-16 陕西科技大学 一种层状复合吸波材料的制备方法
CN107058851A (zh) * 2016-12-29 2017-08-18 上海大学 一种二维片层材料增强的金属基复合材料
CN107058851B (zh) * 2016-12-29 2020-03-06 上海大学 一种二维片层材料增强的金属基复合材料
CN106747392B (zh) * 2017-03-03 2019-12-06 中国地质大学(北京) 一种Ho/Co复合掺杂Ni-Zn铁氧体陶瓷的制备方法
CN106747392A (zh) * 2017-03-03 2017-05-31 中国地质大学(北京) 一种Ho/Co复合掺杂Ni‑Zn铁氧体陶瓷的制备方法
CN108251054A (zh) * 2018-03-23 2018-07-06 中国工程物理研究院材料研究所 一种复合吸波材料及其制备方法
CN108251054B (zh) * 2018-03-23 2021-03-23 中国工程物理研究院材料研究所 一种复合吸波材料及其制备方法
CN108633242A (zh) * 2018-04-11 2018-10-09 西安工程大学 一种钛碳/镍复合粉体电磁波吸收剂及制备方法
US20210101839A1 (en) * 2018-06-20 2021-04-08 Drexel University Ceramic oxide composites reinforced with 2d mx-enes
CN108821291A (zh) * 2018-07-10 2018-11-16 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 一种新型三元层状max相材料、其制备方法及应用
CN108751995A (zh) * 2018-07-10 2018-11-06 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 纳米微粒原位包覆MXenes复合材料、其制法及用途
CN108821291B (zh) * 2018-07-10 2020-07-07 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 一种新型三元层状max相材料、其制备方法及应用
CN111470543A (zh) * 2019-01-24 2020-07-31 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 磁性元素复合磁性max相的复合材料、其制法及应用
CN110290691A (zh) * 2019-07-17 2019-09-27 湖南工程学院 一种片层状MXene负载钴铁氧体的复合吸波材料及其制备方法
CN110499142A (zh) * 2019-09-25 2019-11-26 深圳大学 一种高效屏蔽电磁干扰MXene/金属离子复合材料及其制备方法
CN111172672A (zh) * 2020-01-16 2020-05-19 太原师范学院 一种MXenes/聚氨酯保温材料及其制备方法
CN113423254A (zh) * 2021-05-26 2021-09-21 西安理工大学 一种具有电磁吸波性能的复合吸波剂及其制备方法
CN114058186A (zh) * 2021-11-02 2022-02-18 华南理工大学 MXene/锌锰铁氧体/发泡硅橡胶吸波复合材料及其制备方法与应用
CN115216118A (zh) * 2022-07-01 2022-10-21 中科和智诚(厦门)新材料有限公司 一种绝缘材料及其制备工艺

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