CN109897343A - 一种MXene气凝胶/环氧树脂电磁屏蔽纳米复合材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种MXene气凝胶/环氧树脂电磁屏蔽纳米复合材料及其制备方法，属于纳米复合材料技术领域。本发明提供了一种MXene气凝胶/环氧树脂电磁屏蔽纳米复合材料，由包括以下重量份的组分制备得到：环氧树脂67～78.5份；MXene气凝胶0.2～3.8份；固化剂17～21份；所述MXene气凝胶由包括f‑MXene和纤维素纳米纤维的原料制备得到。本发明以f‑MXene为导电填料，纤维素纳米纤维为骨架支撑增强体制备得到的MXene气凝胶具有轻质、电导率高的特点，配合使用固化剂，得到的MXene气凝胶/环氧树脂电磁屏蔽纳米复合材料导电填料含量低、导电率和电磁屏蔽效能好，且力学性能优异。

Description

一种MXene气凝胶/环氧树脂电磁屏蔽纳米复合材料及其制备 方法

技术领域

本发明涉及纳米复合材料技术领域，具体涉及一种MXene气凝胶/环氧树脂电磁屏蔽纳米复合材料及其制备方法。

背景技术

环氧树脂具有化学稳定性好、机械性能好、收缩率低和成本低廉等优势，被广泛应用于电子器件、机械制造和航空航天等领域。然而环氧树脂是绝缘材料，其屏蔽效能仅仅为2dB，屏蔽效能低，限制了其在电磁屏蔽复合材料中的应用。

传统的电磁屏蔽材料是在环氧树脂中简单填充导电填料制备得到，其中，导电填料包括炭黑、石墨、石墨烯和碳纳米管等碳系导电填料，聚苯胺等导电高分子，铜和银等导电金属等。虽然复合材料中添加了大量的导电填料，但是对于其电磁屏蔽性能的提高收效甚微，而且会导致复合材料加工困难和力学强度的降低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种MXene气凝胶/环氧树脂电磁屏蔽纳米复合材料，本发明提供的电磁屏蔽纳米复合材料导电填料含量低、电磁屏蔽性能和力学性能优异。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种MXene气凝胶/环氧树脂电磁屏蔽纳米复合材料，由包括以下重量份的组分制备得到：

环氧树脂67～78.5份；

MXene气凝胶0.2～3.8份；

固化剂17～21份；

所述MXene气凝胶由包括f-MXene和纤维素纳米纤维的原料制备得到。

优选地，所述f-MXene和纤维素纳米纤维的质量比为(10～100)：1。

优选地，所述MXene气凝胶的制备方法，包括以下步骤：

将f-MXene和纤维素纳米纤维的水溶液混合，依次进行定向冷冻、冷冻干燥和退火处理，得到MXene气凝胶。

优选地，所述纤维素纳米纤维的水溶液的质量浓度为0.01～1％。

优选地，所述混合在保护性气氛I中进行；所述保护性气氛I包括氮气或氩气。

优选地，所述定向冷冻的温度为-100～0℃，时间为1～60min；

所述冷冻干燥的温度为-100～0℃，时间为2～72h。

优选地，所述退火处理在保护性气氛II中进行；所述保护性气氛II为氩气和氢气的混合气体，所述氢气的体积分数为4～6％；

所述退火处理的温度为100～800℃，时间为0.5～4h。

优选地，所述固化剂包括胺类固化剂。

本发明还提供了上述技术方案所述MXene气凝胶/环氧树脂电磁屏蔽纳米复合材料的制备方法，包括以下步骤：

将环氧树脂和固化剂的混合物料液浇筑到盛放有MXene气凝胶的模具中，依次进行真空排气和固化，得到MXene气凝胶/环氧树脂电磁屏蔽纳米复合材料。

优选地，所述真空排气的温度为30～150℃，时间为0.1～12h，压力为0.01～1MPa；

所述固化的温度为100～160℃，时间为4～12h。

本发明提供了一种MXene气凝胶/环氧树脂电磁屏蔽纳米复合材料，其特征在于，由包括以下重量份的组分制备得到：环氧树脂67～78.5份；MXene气凝胶0.2～3.8份；固化剂17～21份；所述MXene气凝胶是由f-MXene和纤维素纳米纤维制备得到的。本发明以f-MXene为导电填料、纤维素纳米纤维为骨架支撑增强体制备的MXene气凝胶具有轻质、电导率高的特点，配合使用固化剂，得到的MXene气凝胶/环氧树脂电磁屏蔽纳米复合材料具有导电填料含量低、导电率和电磁屏蔽好，且力学性能优异的优势。实施例测试结果所示，本发明提供的MXene气凝胶/环氧树脂电磁屏蔽纳米复合材料的电导率为1672S/m，屏蔽效能为74dB，相对于纯环氧树脂(2×10^-10S/m，2dB)显著提高。

本发明采用真空浇注工艺制备具有较高电导率和屏蔽效能的MXene气凝胶/环氧树脂电磁屏蔽纳米复合材料，制备方法简单，适宜工业化生产。

具体实施方式

本发明提供了一种MXene气凝胶/环氧树脂电磁屏蔽纳米复合材料，由包括以下重量份的组分制备得到：

环氧树脂67～78.5份；

MXene气凝胶0.2～3.8份；

固化剂17～21份；

所述MXene气凝胶是由f-MXene和纤维素纳米纤维制备得到的。

在本发明中，若无特殊说明，所有的原料组分均为本领域技术人员熟知的市售商品。

在本发明中，按重量份数计，制备所述MXene气凝胶/环氧树脂电磁屏蔽纳米复合材料的原料包括环氧树脂67～78.5份，优选为67.2～78.2份，更优选为68～77份，最优选为70～75份。在本发明中，环氧树脂具有化学稳定性好、机械性能好、收缩率低和成本低廉等优点。

在本发明中，以所述环氧树脂的重量份数为基准，制备所述MXene气凝胶/环氧树脂电磁屏蔽纳米复合材料的原料包括固化剂17～21份，更优选为17.8～20.7份，更优选为18～20.5份，最优选为19～20份。在本发明中，所述固化剂优选包括胺类固化剂，更优选包括脂肪族胺类固化剂、芳香族胺类固化剂或酰胺基胺类固化剂，最优选为脂肪族胺类固化剂，进一步优选为二乙基甲苯二胺。在本发明中，固化剂与环氧树脂发生化学反应，形成网状立体聚合物，进而提高复合材料的力学性能。

在本发明中，以所述环氧树脂的重量份数为基准，制备所述MXene气凝胶/环氧树脂电磁屏蔽纳米复合材料的原料包括MXene气凝胶0.2～3.8份，优选为0.26～3.79份，更优选为0.84～3.79份，最优选为1.67～3.79份。在本发明中，所述MXene气凝胶是优选由包括f-MXene和纤维素纳米纤维的原料制备得到。在本发明中，所述f-MXene和纤维素纳米纤维的质量比优选为(10～100)：1，更优选为(10～50)：1，最优选为(10～25)：1。在本发明中，f-MXene是一种二维材料，为离子或电子的运动提供了更多的通道，大幅提高了离子或电子的运动速度，进而提高了复合材料的电磁屏蔽性能。f-MXene和纤维素纳米纤维的表面均具有较多的极性基团，如-F和-OH等，通过氢键作用相互搭接，形成了三维网络结构，不仅能够防止对方发生团聚，同时也增强了气凝胶的力学性能。

在本发明中，所述MXene气凝胶的制备方法，包括以下步骤：将f-MXene和纤维素纳米纤维的水溶液混合，依次进行定向冷冻、冷冻干燥和退火处理，得到MXene气凝胶。

在本发明中，所述f-MXene优选采用离子交换法进行制备，具体的，包括以下步骤：将HCl溶液和LiF超声混合，在冰浴条件下加入Ti₃AlC₂进行刻蚀反应，得到多层MXene；将所述多层MXene与水混合后进行离心分离，得到上清液，然后将所述上清液进行超声，固液分离，将所得液体物料进行冷冻干燥得到f-MXene。在本发明中，在制备f-MXene过程中发生的反应为Ti₃AlC₂中的Al被HCl刻蚀，从而形成了管风琴状结构的多层MXene，然后由于Li⁺的插层作用和超声作用，打开了多层MXene的层间距，从而克服了MXene层与层间的作用力，制备得到f-MXene。

在本发明中，所述f-MXene为薄层MXene，所述f-MXene的层数优选为≤5层，更优选为1～5层。。在本发明中，将HCl溶液和LiF超声混合，在冰浴条件下加入Ti₃AlC₂进行刻蚀反应，得到多层MXene。在本发明中，所述HCl溶液的浓度优选为1～12mol/L，更优选为2～9mol/L，最优选为4～9mol/L。在本发明中，所述LiF和Ti₃AlC₂的质量比优选为(0.5～2)：1，更优选为(0.5～1.6)：1。在本发明中，所述HCl溶液中的HCl和LiF的用量比优选为(0.005～0.60)mol：(0.5～10)g，更优选为(0.02～1)mol：1g。

在本发明中，所述超声混合的功率优选为50～300W，更优选为100～300W；所述超声混合的温度优选为0～50℃，更优选为10～50℃；所述超声混合的时间优选为15～20min，更优选为20min。在本发明中，所述刻蚀反应的温度优选为5～95℃，更优选为35～70℃，最优选为35℃；所述刻蚀反应的时间优选为12～96h，更优选为24～72h。在本发明中，所述Ti₃AlC₂的加入速度优选为0.05～1g/min，更优选为0.05～0.08g/min。在本发明中，Ti₃AlC₂的加入速度过快，会导致刻蚀反应剧烈，产生氢气增多而易发生爆炸，而且会造成制备的部分多层MXene被氧化，进而降低MXene的电导率；本发明将Ti₃AlC₂的加入速度控制在上述范围内，能够防止剧烈反应，在保证安全的同时提高MXene的电导率。在本发明中，所述刻蚀反应完成后，优选还包括将所得体系依次进行洗涤和固液分离。在本发明中，所述洗涤采用的试剂优选为水，更优选为去离子水。本发明对于洗涤的次数和水的用量没有特殊限定，能够保证体系的pH值为5～7即可。在本发明中，所述固液分离的方式优选为离心；所述离心的速度优选为500～10000rpm，更优选为5000～10000rpm；所述离心的时间优选为5～10min，更优选为5min。

在本发明中，得到多层MXene后，将所述多层MXene与水混合后进行离心分离，得到上清液，然后将上清液进行超声固液分离，将所得液体物料进行冷冻干燥得到f-MXene。在本发明中，所述多层MXene与水的质量比优选为1：(20～1000)，更优选为1：(20～100)，最优选为1：(20～50)。在本发明中，所述超声剥离多层MXene优选在保护性气氛I、冰浴的条件下用细胞粉碎仪进行超声；在本发明中，所述超声的功率优选为10～900W，更优选为500～900W；所述超声的时间优选为10～120min，更优选为50～120min。在本发明中，所述保护性气氛I优选包括氮气或氩气。在本发明中，所述固液分离的方式优选为离心；所述离心的速度优选为2000～20000rpm，更优选为10000～20000rpm；所述离心的时间优选为5～120min，更优选为50～120min。在本发明中，所述冷冻干燥的温度优选为0～-60℃，更优选为-40～-60℃；所述冷冻干燥的时间优选为6～72h，更优选为36～60h。

在本发明中，将f-MXene和纤维素纳米纤维和水混合优选先将f-MXene分散在水中，得到f-MXene溶液；然后将f-MXene溶液和纤维素纳米纤维的水溶液混合。在本发明中，所述纤维素纳米纤维的水溶液的质量浓度优选为0.01～1％，更优选为0.02～0.08％，更优选为0.04～0.06％，最优选为0.05％。在本发明中，所述f-MXene和纤维素纳米纤维的质量比优选为(10～100)：1，更优选为(10～50)：1，最优选为(10～25)：1。在本发明中，所述f-MXene溶液和纤维素纳米纤维的水溶液混合优选在搅拌和保护性气氛I中进行。本发明对于所述搅拌的速度没有特殊限定，能够保证所述f-MXene溶液和纤维素纳米纤维的水溶液混合均匀即可；所述搅拌的时间优选为0.1～12h，更优选为5～12h。在本发明中，所述保护性气氛I优选为氮气或氩气。在本发明中，f-MXene在空气中会被逐渐氧化，从而导致MXene气凝胶的电导率降低。

本发明对于所述定向冷冻没有特殊限定，采用本领域熟知的定向冷冻方法即可。在本发明中，所述定向冷冻的温度优选为-100～0℃，更优选为-100～-20℃；所述定向冷冻的时间优选为1～60min，更优选为20～60min。在本发明中，定向冷冻的作用是使MXene形成序列化到导电网络，以较低的MXene形成更强的导电网络。

在本发明中，所述冷冻干燥的温度优选为-100～0℃，更优选为-100～-30℃；所述冷冻干燥的时间优选为2～72h，更优选为10～72h。在本发明中，所述冷冻干燥优选在冷冻干燥机中进行。在本发明中，所述退火处理优选在保护性气氛II中进行；所述保护性气氛II优选为氩气和氢气的混合气体，所述氢气的体积分数优选为4～6％，更优选为5％。在本发明中，所述所述退火处理的温度优选为100～800℃，更优选为300～800℃，最优选为400℃；所述退火处理的时间优选为0.5～4h，更优选为2～3h，最优选为2h。在本发明中，冷冻干燥的作用是除去水，干燥MXene。

在本发明中，制备MXene气凝胶过程中，f-MXene和纤维素纳米纤维的表面均具有较多的极性基团，通过氢键作用相互搭接，形成了三维网络结构，防止对方团聚的同时，也增强了气凝胶的力学性能；在退火过程中除去了MXene表面的部分-F和-OH等官能团，电子移动的阻力降低，从而增大了MXene的电导率。

本发明将环氧树脂和固化剂的混合物料液浇筑到盛放有MXene气凝胶的模具中，依次进行真空排气和固化，得到MXene气凝胶/环氧树脂电磁屏蔽纳米复合材料。

在本发明中，所述混合优选在搅拌条件下进行；所述搅拌的温度优选为50～80℃，更优选为60～70℃；所述搅拌的时间优选为2～60min，更优选为10～50min；所述搅拌的速度优选为100～600rpm，更优选为200～500rpm。在本发明中，所述真空排气的温度优选为30～150℃，更优选为50～100℃；所述真空排气的时间优选为0.1～12h，更优选为1～10h；所述真空排气的压力优选为0.01～1MPa，更优选为0.01～0.5MPa。在本发明中，在上述条件下进行排气，有利于排出气凝胶内部的大量气泡，从而提高复合材料的力学性能，不在真空条件下排气，会导致复合材料的内部含有过多的气泡，降低了复合材料的力学强度。在本发明中，所述固化的温度优选为100～160℃，更优选为120～140℃；所述固化的时间优选为4～12h，更优选为5～10h。

在本发明中，首先通过强酸刻蚀和辅助超声制备出f-MXene后，将其与纤维素纳米纤维混合均匀。f-MXene与纤维素纳米纤维间彼此搭接，相互支撑，从而冷冻干燥出去水后，形成了气凝胶骨架。并且，承受住了环氧树脂浸渍过程中产生的摩擦力，仍维持着三维导电网络结构，使MXene气凝胶/环氧树脂电磁屏蔽纳米复合材料具有较高的电导率和屏蔽效能。

本发明以纤维素纳米纤维为三维结构骨架增强体与f-MXene复合后，通过定向冷冻-冷冻干燥技术得到MXene气凝胶，再经高温退火还原提高复合材料的电导率，最后采用真空浇注工艺制备具有较高电导率和屏蔽效能的MXene气凝胶/环氧树脂电磁屏蔽纳米复合材料，而且本发明提供的制备方法操作简单，适宜工业化生产。

下面将结合本发明中的实施例，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

(1)提供f-MXene：在50mL的四氟乙烯烧杯中加入HCl溶液(9mol/L，40mL)和LiF(3.6g)进行超声20min混合，在冰浴下以0.5g/min的速度缓慢加入Ti₃AlC₂(2g)，在35℃条件下反应24h，在3500rpm条件下离心10min，用去离子水洗涤至溶液的pH为中性，得到多层MXene；将多层MXene与100mL去离子水混合，在3500rpm条件下离心10min，取上清液在氩气、冰浴条件下用细胞粉碎仪进行超声(300W，10min)，剥离多层MXene，将所得体系在4500rpm条件下离心30min，将所得液体物料过滤，在-30℃条件下冷冻干燥60h，得到f-MXene；

(2)将0.5g f-MXene分散于10g纤维素纳米纤维的水溶液(0.2wt％)在氩气保护下搅拌2h，在常温条件下进行液氮定向冷冻处理0.5h，在冷冻干燥机中进行冷冻干燥，冷冻干燥温度为-40℃，时间为48h，在Ar+5％H₂的混合气保护、400℃条件下退火2h，得到0.45gMXene气凝胶；其中，纤维素纳米纤维的水溶液的质量以纤维素纳米纤维计；

(3)将0.45gMXene气凝胶置于模具中，得到含MXene气凝胶模具；将9.49g环氧树脂和2.51g固化剂在70℃条件下搅拌30min混合，得到混合物料液；将所述混合物料液浇筑到所述含MXene气凝胶模具中，在0.01MPa、70℃条件下真空排气1h，在120℃条件下固化5h，得到MXene气凝胶/环氧树脂电磁屏蔽纳米复合材料，其中MXene的质量分数为3.79％。

实施例2

(1)提供f-MXene：在50mL的四氟乙烯烧杯中加入HCl溶液(2mol/L，30mL)和LiF(3g)进行超声20min混合，在冰浴下以0.5g/min的速度缓慢加入Ti₃AlC₂(4g)，在35℃条件下反应72h，在3500rpm条件下离心10min，用去离子水洗涤至溶液的pH为中性，得到多层MXene；将多层MXene与100mL去离子水混合，在3500rpm条件下离心5min，取上清液在氩气、冰浴条件下用细胞粉碎仪进行超声(300W，30min)，剥离多层MXene，将所得体系在5500rpm条件下离心60min，将所得液体物料过滤，在-50℃条件下冷冻干燥60h，得到f-MXene；

(2)将0.2g f-MXene分散于10g纤维素纳米纤维的水溶液(0.2wt％)在氩气保护下搅拌2h，在350℃条件下进行液氮定向冷冻处理……h，在冷冻干燥机中进行冷冻干燥，冷冻干燥温度为-50℃，时间为48h，在Ar+5％H₂的混合气保护、400℃条件下退火2h，得到0.19gMXene气凝胶；其中，纤维素纳米纤维的水溶液的质量以纤维素纳米纤维计；

(3)将0.19gMXene气凝胶置于模具中，得到含MXene气凝胶模具；将9.02g环氧树脂和2.39g固化剂在70℃条件下搅拌30min混合，得到混合物料液；将所述混合物料液浇筑到所述含MXene气凝胶模具中，在0.01MPa、70℃条件下真空排气3h，在120℃条件下固化5h，得到MXene气凝胶/环氧树脂电磁屏蔽纳米复合材料，其中MXene的质量分数为1.47％。

实施例3

(1)提供f-MXene：在50mL的四氟乙烯烧杯中加入HCl溶液(4mol/L，40mL)和LiF(2g)进行超声20min混合，在冰浴下以0.5g/min的速度缓慢加入Ti₃AlC₂(2g)，在35℃条件下反应36h，在3500rpm条件下离心10min，用去离子水洗涤至溶液的pH为中性，得到多层MXene；将多层MXene与100mL去离子水混合，在5000rpm条件下离心2min，取上清液在氩气、冰浴条件下用细胞粉碎仪进行超声(400W，20min)，剥离多层MXene，将所得体系在4000rpm条件下离心120min，将所得液体物料过滤，在-50℃条件下冷冻干燥60h，得到f-MXene；

(2)将0.3g f-MXene分散于10g纤维素纳米纤维的水溶液(0.3wt％)在氩气保护下搅拌2h，进行液氮定向冷冻处理0.5h，在冷冻干燥机中进行冷冻干燥，冷冻干燥温度为-50℃，时间为60h，在Ar+5％H₂的混合气保护、400℃条件下退火2h，得到0.28gMXene气凝胶；其中，纤维素纳米纤维的水溶液的质量以纤维素纳米纤维计；

(3)将0.28gMXene气凝胶置于模具中，得到含MXene气凝胶模具；将9.18g环氧树脂和2.43g固化剂在70℃条件下搅拌30min混合，得到混合物料液；将所述混合物料液浇筑到所述含MXene气凝胶模具中，在0.01MPa、50℃条件下真空排气2h，在120℃条件下固化5h，得到MXene气凝胶/环氧树脂电磁屏蔽纳米复合材料，其中MXene的质量分数为2.93％。

对照例1

(1)提供f-MXene：在50mL的四氟乙烯烧杯中加入HCl溶液(9mol/L，40mL)和LiF(4g)进行超声20min混合，在冰浴下以0.5g/min的速度缓慢加入Ti₃AlC₂(2g)，在35℃条件下反应48h，在3500rpm条件下离心10min，用去离子水洗涤至溶液的pH为中性，得到多层MXene；将多层MXene与100mL去离子水混合，在5500rpm条件下离心5min，取上清液在氩气、冰浴条件下用细胞粉碎仪进行超声(200W，5min)，剥离多层MXene，将所得体系在3500rpm条件下离心60min，将所得液体物料过滤，在-50℃条件下冷冻干燥50h，得到f-MXene；

(2)将0.03g f-MXene分散于10g纤维素纳米纤维的水溶液(0.2wt％)在氩气保护下搅拌1h，进行液氮定向冷冻处理0.2h，在冷冻干燥机中进行冷冻干燥，冷冻干燥温度为-50℃，时间为60h，在Ar+5％H₂的混合气保护、400℃条件下退火2h，得到0.038gMXene气凝胶；其中，纤维素纳米纤维的水溶液的质量以纤维素纳米纤维计；

(3)将所述MXene气凝胶置于模具中，得到含MXene气凝胶模具；将8.76g环氧树脂和2.32g固化剂在70℃条件下搅拌30min混合，得到混合物料液；将所述混合物料液浇筑到所述含MXene气凝胶模具中，在0.01MPa、60℃条件下真空排气1h，在120℃条件下固化5h，得到MXene气凝胶/环氧树脂电磁屏蔽纳米复合材料，其中MXene的质量分数为0.32％。

对照例2

按照实施例1的方法制备导电填料/环氧树脂电磁屏蔽纳米复合材料，与实施例1的不同之处在于，添加相同质量的石墨烯微片导电填料代替MXene气凝胶。

对照例3

纯环氧树脂。

对照例4

按照实施例1的方法制备MXene气凝胶/环氧树脂电磁屏蔽纳米复合材料，与实施例1的不同之处在于，不制备MXene气凝胶，而是将f-MXene、纤维素纳米纤维、环氧树脂和固化剂直接混合、固化，得到MXene/环氧树脂电磁屏蔽纳米复合材料，其中，MXene的质量分数为3.79％。

对照例5

按照实施例1的方法制备MXene气凝胶/环氧树脂电磁屏蔽纳米复合材料，与实施例1的不同之处在于，步骤(2)中制备MXene气凝胶过程中在空气中进行退火处理；MXene的质量分数为3.79％。

对照例6

按照实施例1的方法制备MXene气凝胶/环氧树脂电磁屏蔽纳米复合材料，与实施例1的不同之处在于，步骤(1)中LiF的质量为0.02g，Ti₃AlC₂的质量为2g。

测试例1

根据国际标准ASTM D5568-08记载的方法，采用波导法在X波段内进行测试，对实施例1～3和对照例1～5制备的材料的电导率和屏蔽效能进行测试，试样尺寸为22.86mm×10.16mm×2mm，测试结果见表1。

表1电导率和屏蔽效能测试结果

由表1可知，相对于纯环氧树脂和采用其他导电填料制备的复合材料来说，本发明制备的MXene气凝胶/环氧树脂电磁屏蔽纳米复合材料的电导率和屏蔽效能显著提高；而且MXene气凝胶/环氧树脂电磁屏蔽纳米复合材料中MXene的质量分数过低，或者是在制备MXene气凝胶/环氧树脂电磁屏蔽纳米复合材料的过程中，LiF和Ti₃AlC₂的质量比过小，省略MXene气凝胶的制备步骤，在空气中进行退火处理，都会导致电导率和屏蔽效能显著降低。而本发明提供的MXene气凝胶/环氧树脂电磁屏蔽纳米复合材料的电导率为407～1672S/m，屏蔽效能为53～74dB，电磁屏蔽性能优异。

测试例2

根据nanoindentation(纳米压痕)技术来评估样品的力学性能(弹性模量和硬度)。压痕实验在安捷伦G200nanoindenter测试仪进行。固定载荷为9mN，取点间隔大于100nm，且为求减小误差，每个样品取点10个，取平均值。记载的方法对实施例1～3和对照例1～5制备的材料进行纳米压痕力学性能测试，结果见表2。

表2电导率和屏蔽效能测试结果

由表2可知，相对于纯环氧树脂和采用其他导电填料制备的复合材料来说，本发明制备的MXene气凝胶/环氧树脂电磁屏蔽纳米复合材料的弹性模量和硬度显著提高；而且MXene气凝胶/环氧树脂电磁屏蔽纳米复合材料中MXene的质量分数过低，或者是在制备MXene气凝胶/环氧树脂电磁屏蔽纳米复合材料的过程中，LiF和Ti₃AlC₂的质量比过小，省略MXene气凝胶的制备步骤，在空气中进行退火处理，都会导致弹性模量和硬度显著降低。而本发明提供的MXene气凝胶/环氧树脂电磁屏蔽纳米复合材料的弹性模量为3.88～4.25GPa，硬度为0.299～0.315GPa，电磁屏蔽性能优异。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种MXene气凝胶/环氧树脂电磁屏蔽纳米复合材料，其特征在于，由包括以下重量份的组分制备得到：

环氧树脂 67～78.5份；

MXene气凝胶 0.2～3.8份；

固化剂 17～21份；

所述MXene气凝胶由包括f-MXene和纤维素纳米纤维的原料制备得到。

2.根据权利要求1所述的MXene气凝胶/环氧树脂电磁屏蔽纳米复合材料，其特征在于，所述f-MXene和纤维素纳米纤维的质量比为(10～100)：1。

3.根据权利要求1或2所述的MXene气凝胶/环氧树脂电磁屏蔽纳米复合材料，其特征在于，所述MXene气凝胶的制备方法，包括以下步骤：

将f-MXene和纤维素纳米纤维的水溶液混合，依次进行定向冷冻、冷冻干燥和退火处理，得到MXene气凝胶。

4.根据权利要求3所述的MXene气凝胶/环氧树脂电磁屏蔽纳米复合材料，其特征在于，所述纤维素纳米纤维的水溶液的质量浓度为0.01～1％。

5.根据权利要3所述的制备方法，其特征在于，所述混合在保护性气氛I中进行；所述保护性气氛I包括氮气或氩气。

6.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述定向冷冻的温度为-100～0℃，时间为1～60min；

所述冷冻干燥的温度为-100～0℃，时间为2～72h。

7.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述退火处理在保护性气氛II中进行；所述保护性气氛II为氩气和氢气的混合气体，所述氢气的体积分数为4～6％；

所述退火处理的温度为100～800℃，时间为0.5～4h。

8.根据权利要求1所述的MXene气凝胶/环氧树脂电磁屏蔽纳米复合材料，其特征在于，所述固化剂包括胺类固化剂。

9.权利要求1～8任一项所述MXene气凝胶/环氧树脂电磁屏蔽纳米复合材料的制备方法，包括以下步骤：

将环氧树脂和固化剂的混合物料液浇筑到盛放有MXene气凝胶的模具中，依次进行真空排气和固化，得到MXene气凝胶/环氧树脂电磁屏蔽纳米复合材料。

10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，所述真空排气的温度为30～150℃，时间为0.1～12h，压力为0.01～1MPa；

所述固化的温度为100～160℃，时间为4～12h。