CN116887594B - MXene基磁电耦合型电磁吸波材料及其制备方法和应用 - Google Patents
MXene基磁电耦合型电磁吸波材料及其制备方法和应用 Download PDFInfo
- Publication number
- CN116887594B CN116887594B CN202311151308.1A CN202311151308A CN116887594B CN 116887594 B CN116887594 B CN 116887594B CN 202311151308 A CN202311151308 A CN 202311151308A CN 116887594 B CN116887594 B CN 116887594B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- mxene
- absorbing material
- nano
- electromagnetic wave
- coo
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 239000011358 absorbing material Substances 0.000 title claims abstract description 41
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 17
- 230000008878 coupling Effects 0.000 title claims abstract description 11
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 title claims abstract description 11
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 title claims abstract description 11
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 18
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims abstract description 6
- 239000002135 nanosheet Substances 0.000 claims description 30
- 230000032683 aging Effects 0.000 claims description 28
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims description 28
- 239000000725 suspension Substances 0.000 claims description 27
- 238000000137 annealing Methods 0.000 claims description 20
- 239000003638 chemical reducing agent Substances 0.000 claims description 18
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 15
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 15
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 14
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 12
- 238000005406 washing Methods 0.000 claims description 12
- 229910001429 cobalt ion Inorganic materials 0.000 claims description 10
- XLJKHNWPARRRJB-UHFFFAOYSA-N cobalt(2+) Chemical compound [Co+2] XLJKHNWPARRRJB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 238000003760 magnetic stirring Methods 0.000 claims description 10
- 239000006228 supernatant Substances 0.000 claims description 10
- 239000012300 argon atmosphere Substances 0.000 claims description 9
- 238000001291 vacuum drying Methods 0.000 claims description 9
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 7
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 7
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 238000005119 centrifugation Methods 0.000 claims description 6
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 claims description 6
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 238000009210 therapy by ultrasound Methods 0.000 claims description 6
- 239000002243 precursor Substances 0.000 claims description 5
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 3
- 238000011065 in-situ storage Methods 0.000 claims description 3
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 claims description 3
- 230000005611 electricity Effects 0.000 claims description 2
- 230000003068 static effect Effects 0.000 claims description 2
- 238000009777 vacuum freeze-drying Methods 0.000 claims description 2
- 238000000227 grinding Methods 0.000 claims 1
- 238000002604 ultrasonography Methods 0.000 claims 1
- 239000002122 magnetic nanoparticle Substances 0.000 abstract description 9
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 abstract description 6
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 abstract description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 238000010924 continuous production Methods 0.000 abstract 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract 1
- 238000000707 layer-by-layer assembly Methods 0.000 abstract 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 abstract 1
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 12
- 239000002064 nanoplatelet Substances 0.000 description 9
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 5
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 5
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 4
- 238000004108 freeze drying Methods 0.000 description 4
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 4
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 3
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 3
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 3
- 238000007710 freezing Methods 0.000 description 3
- 230000008014 freezing Effects 0.000 description 3
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000003917 TEM image Methods 0.000 description 2
- 239000006096 absorbing agent Substances 0.000 description 2
- 238000000089 atomic force micrograph Methods 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 2
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 description 2
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 2
- 229920001940 conductive polymer Polymers 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 2
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 2
- 230000002195 synergetic effect Effects 0.000 description 2
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 238000013019 agitation Methods 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 238000013329 compounding Methods 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000011049 filling Methods 0.000 description 1
- 125000000524 functional group Chemical group 0.000 description 1
- 238000001027 hydrothermal synthesis Methods 0.000 description 1
- 238000009776 industrial production Methods 0.000 description 1
- 230000005389 magnetism Effects 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002114 nanocomposite Substances 0.000 description 1
- 239000002055 nanoplate Substances 0.000 description 1
- 230000006911 nucleation Effects 0.000 description 1
- 238000010899 nucleation Methods 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 1
- 238000004321 preservation Methods 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 230000001737 promoting effect Effects 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 238000004729 solvothermal method Methods 0.000 description 1
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 description 1
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 description 1
- 229910000859 α-Fe Inorganic materials 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
- C01B32/90—Carbides
- C01B32/914—Carbides of single elements
- C01B32/921—Titanium carbide
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y30/00—Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y40/00—Manufacture or treatment of nanostructures
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
- H01Q17/00—Devices for absorbing waves radiated from an antenna; Combinations of such devices with active antenna elements or systems
- H01Q17/008—Devices for absorbing waves radiated from an antenna; Combinations of such devices with active antenna elements or systems with a particular shape
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
- H05K9/00—Screening of apparatus or components against electric or magnetic fields
- H05K9/0073—Shielding materials
- H05K9/0081—Electromagnetic shielding materials, e.g. EMI, RFI shielding
- H05K9/0083—Electromagnetic shielding materials, e.g. EMI, RFI shielding comprising electro-conductive non-fibrous particles embedded in an electrically insulating supporting structure, e.g. powder, flakes, whiskers
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2004/00—Particle morphology
- C01P2004/01—Particle morphology depicted by an image
- C01P2004/04—Particle morphology depicted by an image obtained by TEM, STEM, STM or AFM
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2004/00—Particle morphology
- C01P2004/20—Particle morphology extending in two dimensions, e.g. plate-like
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Nanotechnology (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Composite Materials (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Hard Magnetic Materials (AREA)
- Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
Abstract
本发明提供一种MXene基磁电耦合型电磁吸波材料及其制备方法和应用，该制备方法中以具有丰富表面活性位点的高导电新型二维材料MXene作为轻质基底，利用静电自组装技术锚定磁性纳米颗粒Co‑CoO，协同构筑具有异质结构的磁电耦合型轻质纳米吸波材料；磁性纳米粒子的加入一方面赋予吸波材料合适的导电性，优化阻抗匹配条件，使得更多的电磁波被吸收；另一方面引入磁损耗机制，磁电协同双机制以达到提升电磁波吸收能力的效果。本发明对设备及实验环境要求较低，生产成本低，适合工业连续化生产，有望在电子设备的电磁防护以及雷达隐身材料等领域得到应用。
Description
技术领域
本发明属于电磁吸波材料技术领域，涉及MXene基磁电耦合型电磁吸波材料及其制备方法和应用。
背景技术
随着电磁环境日益复杂，电磁吸波材料在电子通信、医疗、工业生产等众多领域有着广阔的应用前景，因此开发轻质、宽频、高效的电磁吸波材料至关重要。传统的吸波材料，按照损耗机理可划分为三类：磁损耗型，电阻损耗型，电介质损耗型。磁损耗型的代表铁氧体、磁性金属等存在密度大、添加量高的缺陷；电阻损耗型的代表导电高分子、碳材料等，虽然质轻、相对填充量低，但阻抗不易匹配；电介质损耗型的代表纳米陶瓷具有密度较低、耐高温等特点，但制备工艺复杂。总的来说，单一介质的损耗吸收材料，受自身局限性，影响微波吸收效率，因此，为实现吸波材料的“薄、轻、宽、强”，开发碳基复合型吸波材料具有重大研究价值。
MXene作为轻质碳材料家族的代表，是一种新型二维材料，由于其特殊的层状结构、超高的导电性和丰富的官能团，引起了研究工作者的关注。一般来说，Ti3C2TxMXene是通过选择性去除其原相Ti3AlC2MAX陶瓷上的金属Al层而制备的。此外，蚀刻工艺条件的改变（如蚀刻时间、蚀刻浓度）导致多层或少层MXene的形成，而少层MXene的电导率远高于多层MXene。因此，少层MXene被证实是一种有效且有潜力的增强微波吸收性能的材料。然而，磁损失能力的缺乏限制了其吸波性能的进一步提高。
考虑到介电和磁损耗之间的协同效应的重要性，改变引入的磁性纳米粒子的磁性成为调控吸收剂磁电匹配的可行策略，Feng等（Carbon. 2021，175，509-518）采用溶剂热法制备了具有尺寸可控的Ni纳米颗粒的少层MXene/Ni复合材料，但原位水热合成失去了MXene独特的层状结构。不能利用分层架构大量界面和丰富空隙的优势。因此，迫切需要设计一种新的磁电结构，充分利用磁性纳米粒子的磁性和MXene的特殊结构。
发明内容
鉴于此，本发明实施例提供了一种电磁吸波材料及其制备方法和应用。Co盐通过原位静电自组装在少层MXene纳米片上，然后进行还原处理，最后进行退火稳定处理，合成了Co-CoO/MXene。磁性Co-CoO纳米粒子的引入不仅降低了少层MXene本身超高的导电性，而且大大增强了磁损失机制，有利于更好的阻抗匹配条件。
为实现上述效果，本发明提供的一种电磁吸波材料的制备方法，其特征在于包括如下制备步骤：S1：制备MXene纳米片；S2：将S1中得到的MXene纳米片溶于CoCl2溶液并进行磁力搅拌辅助老化，然后加入还原剂对钴离子进行还原，经离心、水洗和真空干燥后得到材料粉末前驱体；S3：对S2中得到的材料粉末前驱体进行退火处理，得到Co-CoO/MXene电磁吸波材料。
可选地，S1具体包括如下步骤：S11：将LiF溶解在盐酸中，搅拌并缓慢加入Ti3AlC2粉末，所得混合物在30-35oC下反应20-30小时，得到MXene悬浮液；S12：将S11中得到的MXene悬浮液用去离子水反复洗涤，并离心5-10分钟，至其pH值达到6；S13：对S12中得到的pH值达到6的MXene悬浮液进行超声处理后，再次离心1-2小时，获得带有MXene片的均匀上清液；S14：对S13中得到的所述带有MXene片的均匀上清液进行真空冷冻干燥，得到MXene纳米片。
可选地，S13中所述超声处理包括：在气体流速为30-60mL·min-1的氩气气流下将MXene悬浮液超声处理1-2小时。
可选地，S11中所述盐酸的浓度为9-11 mol·L-1，S12、S13中所述离心的转速为3000-5000 rpm。
可选地，S2中所述CoCl2溶液的浓度为3-9 mmol L-1。
可选地，S2中所述磁力搅拌辅助老化的时间为1-48小时，所述还原剂为NaBH4；具体地，加入还原剂对钴离子进行还原包括在磁力搅拌辅助老化结束后，将过量的还原剂NaBH4加入不同老化时间的MXene纳米片与CoCl2溶液的混悬液中对钴离子进行还原，还原时间为5-20 min。
可选地，S3中所述退火处理具体包括：在氩气气氛下从室温开始加热，以5oC min-1的升温速率，加热到400oC保温，退火处理1-4 小时。
可选地，在退火处理前，将S2中得到的材料粉末研磨均匀。
本发明另一个方面，提供一种根据制备方法制备得到的Co-CoO/MXene电磁吸波材料。
本发明另一个方面，提供一种Co-CoO/MXene电磁吸波材料在电磁保护领域的应用。
本发明地有益效果为：
（1）作为具有丰富表面活性位点的二维材料，MXene可以充分发挥亲水性二维材料的优势锚定磁性纳米颗粒，协同构筑具有异质结构的MXene基轻量化吸波材料。
（2）本发明的MXene基轻量化吸波材料在磁电耦合机制作用下吸波性能优异。具体地，a）.磁电耦合实现了良好的阻抗匹配，有利于更多的入射微波进入材料。b）二维MXene与修饰的Co-CoO纳米颗粒之间的界面数量可以有效地改善界面极化弛豫，从而促进介电弛豫，大量的异构接口可能通过多次散射和反射为电磁波的耗散提供更多的传输路径。c）Ti3C2TxMXene丰富的表面端基产生偶极极化。d）源于磁性纳米颗粒的磁损耗和源于MXene的介电损耗的协同作用对提高电磁波吸收性能也起着至关重要的作用。
因此，Co-CoO/Ti3C2-MXene纳米复合材料在电磁保护领域具有潜在的应用前景。
此外，本发明的附加优点、目的，以及特征将在下面的描述中部分地加以阐述，且将对于本领域普通技术人员在研究下文后部分地变得明显，或者可以根据本发明的实践而获知。本发明的目的和其它优点可以通过在书面说明及其权利要求书以及附图中具体指出的结构及方法步骤实现并获得。
本领域技术人员将会理解的是，能够用本发明实现的目的和优点不限于以上具体所述，并且根据以下详细说明将更清楚地理解本发明能够实现的上述和其他目的。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明的限定。
图1为 本发明实施例1中MXene纳米片的TEM图；
图2为 本发明实施例1中MXene纳米片的AFM图；
图3为 本发明实施例3 中Co-CoO/MXene吸波材料的SEM照片；
图4为 本发明实施例6 中Co-CoO/MXene吸波材料的XPS全谱图；
图5为 本发明实施例6 中Co-CoO/MXene吸波材料的Co的精细谱图；
图6为 本发明实施例5中Co-CoO/MXene吸波材料在2-18GHz频段范围内的电磁参数结果图；
图7为 本发明实施例5中Co-CoO/MXene吸波材料在2-18GHz频段范围内的反射损耗结果图；
图8为 本发明对比例中MXene纳米片在2-18GHz频段范围内的电磁参数结果图；
图9为 本发明对比例中MXene纳米片在2-18GHz频段范围内的反射损耗结果图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施方式和附图，对本发明做进一步详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。在此，还需要说明的是，为了避免因不必要的细节而模糊了本发明，在附图中仅仅示出了与根据本发明的方案密切相关的结构和/或处理步骤，而省略了与本发明关系不大的其他细节。
应该强调，术语“包括/包含”在本文使用时指特征、要素、步骤或组件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、要素、步骤或组件的存在或附加。
本发明实施例提供了电磁吸波材料及其制备方法和应用。由新型二维导电材料MXene和零维磁性纳米粒子Co-CoO复合组成，带正电的Co盐与表面含有丰富含氧基团的少层MXene通过静电力组装在一起，经过后续的老化、还原、退火制备得到Co-CoO/Ti3C2复合材料。磁性纳米颗粒的加入一方面抑制了MXene纳米片间的堆垛，另一方面赋予了此吸波材料合适的介电常数和磁导率从而优化阻抗匹配，得到吸波性能优异的Co-CoO/Ti3C2-MXene。
具体地，本发明提供的一种电磁吸波材料的制备方法，其特征在于包括如下制备步骤：S1：制备MXene纳米片；S2：将S1中得到的MXene纳米片溶于CoCl2溶液并进行磁力搅拌辅助老化，然后加入还原剂对钴离子进行还原，经离心、水洗和真空干燥后得到材料粉末前驱体；S3：对S2中得到的材料粉末进行退火处理，得到Co-CoO/MXene电磁吸波材料。
可选地，S1具体包括如下步骤：S11：将LiF溶解在盐酸中，搅拌并缓慢加入Ti3AlC2粉末，所得混合物在30-35oC下反应20-30小时，得到MXene悬浮液；S12：将S11中得到的MXene悬浮液用去离子水反复洗涤，并离心5-10分钟，至其pH值达到6；S13：对S12中得到的pH值达到6的MXene悬浮液进行超声处理后，再次离心1-2小时，获得带有MXene片的均匀上清液；S14：对S13中得到的带有MXene片的均匀上清液进行冷冻干燥，得到MXene纳米片。
可选地，S13中超声处理包括：在气体流速为30-60mL·min-1的氩气气流下将MXene悬浮液超声处理1-2小时。
可选地，S11中盐酸的浓度为9-11 mol·L-1，S12、S13中离心的转速为3000-5000rpm。
可选地，S2中CoCl2溶液的浓度为3-9 mmol L-1。
可选地，S2中所述磁力搅拌辅助老化的时间为1-48小时，其作用为促进钴离子在MXene纳米片层上的成核生长；所述还原剂为NaBH4；具体地，加入还原剂对钴离子进行还原包括在磁力搅拌辅助老化结束后，将过量的还原剂NaBH4加入不同老化时间的MXene纳米片与CoCl2溶液的混悬液中对钴离子进行还原，还原时间为5-20 min。
可选地，S3中退火处理具体包括：在氩气气氛下从室温开始加热，以5oC min-1的升温速率，加热到400oC保温，退火处理1-4 小时。
可选地，在退火处理前，将S2中得到的材料粉末研磨均匀。
本发明另一个方面，提供一种根据制备方法制备得到的Co-CoO/MXene电磁吸波材料。
本发明另一个方面，提供一种Co-CoO/MXene电磁吸波材料在电磁保护领域的应用。
下面通过具体实施实施例对本发明作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。
实施例1
首先是制备MXene纳米片，将1 质量份 LiF溶解在9 mol·L-1HCl中，然后在搅拌下缓慢加入1 质量份 Ti3AlC2粉末。 所得混合物在35oC下反应20小时，得到MXene悬浮液，将其用去离子水反复洗涤，并在3000 rpm下离心5分钟，直到其pH值达到6。此后，在氩气气流下将MXene悬浮液超声处理1小时后，氩气气流流速30 mL·min-1，再以3000 rpm离心1小时获得带有MXene片的均匀上清液。将其冷冻，再在冻干机中冷冻干燥，得到少层MXene纳米片，本实施例中的MXene纳米片的TEM图如图1所示，MXene纳米片的AFM图如图2所示。
再者是取1质量份MXene纳米片溶于3 mmol·L-1CoCl2溶液中，磁力搅拌辅助老化1h，将过量还原剂NaBH4逐滴加入不同老化时间的上述混悬液中，磁力搅拌5 min，将此混悬液离心、水洗多次收集，后过夜真空干燥。
最后是将收集到的粉末研磨均匀，在管式炉中氩气气氛下从室温开始加热，以5oCmin-1的升温速率，加热到400oC保温，退火处理1 h，收集得到灰黑色Co-CoO/Ti3C2-MXene粉末。
实施例2
首先是制备MXene纳米片，将1 质量份 LiF溶解在9 mol·L-1HCl中，然后在搅拌下缓慢加入1 质量份 Ti3AlC2粉末。所得混合物在30oC下反应20小时，得到MXene悬浮液，将其用去离子水反复洗涤，并在4000 rpm下离心5分钟，直到其pH值达到6。此后，在氩气气流下将MXene悬浮液超声处理1小时后，气体流速60 mL·min-1，再以3500 rpm离心1小时获得带有MXene片的均匀上清液。将其冷冻，再在冻干机中冷冻干燥，得到少层MXene纳米片。
再者是取1质量份MXene纳米片溶于5 mmol L-1CoCl2溶液中，磁力搅拌辅助老化2h，将过量还原剂NaBH4逐滴加入不同老化时间的上述混悬液中，磁力搅拌15 min，将此混悬液离心、水洗多次收集，后过夜真空干燥。
最后是将收集到的粉末研磨均匀，在管式炉中氩气气氛下从室温开始加热，以5oCmin-1的升温速率，加热到400oC保温，退火处理2 h，收集得到灰黑色Co-CoO/Ti3C2-MXene粉末。
实施例3
制备MXene纳米片同实施例2。
再者是取1质量份MXene纳米片溶于6 mmol L-1CoCl2溶液中，磁力搅拌辅助老化4h，将过量还原剂NaBH4逐滴加入不同老化时间的上述混悬液中，磁力搅拌10 min，将此混悬液离心、水洗多次收集，后过夜真空干燥。
最后是将收集到的粉末研磨均匀，在管式炉中氩气气氛下从室温开始加热，以5oCmin-1的升温速率，加热到400oC保温，退火处理2 h，收集得到灰黑色Co-CoO/Ti3C2-MXene粉末，本实施例中Co-CoO/MXene纳米吸波材料的SEM照片如图3所示，可以清楚观察到MXene纳米片与Co/CoO纳米粒子组装在一起。
实施例4
制备MXene纳米片同实施例1。
再者是取1质量份MXene纳米片溶于5 mmol L-1CoCl2溶液中，磁力搅拌辅助老化8h，将过量还原剂NaBH4逐滴加入不同老化时间的上述混悬液中，磁力搅拌10 min，将此混悬液离心、水洗多次收集，后过夜真空干燥。
最后是将收集到的粉末研磨均匀，在管式炉中氩气气氛下从室温开始加热，以5oCmin-1的升温速率，加热到400oC保温，退火处理3 h，收集得到灰黑色Co-CoO/Ti3C2-MXene粉末。
实施例5
首先是制备MXene纳米片，将1 质量份 LiF溶解在9 mol·L-1HCl中，然后在搅拌下缓慢加入1 质量份 Ti3AlC2粉末。 所得混合物在35oC下反应25小时，得到MXene悬浮液，将其用去离子水反复洗涤，并在3500 rpm下离心10分钟，直到其pH值达到6。最后，在氩气气流下将MXene悬浮液超声处理1小时后，气体流速40 mL·min-1，再以3500 rpm离心1小时获得带有MXene片的均匀上清液。将其冷冻，再在冻干机中冷冻干燥，得到MXene纳米片。
再者是取1质量份MXene纳米片溶于5 mmol L-1CoCl2溶液中，磁力搅拌辅助老化12h，将过量还原剂NaBH4逐滴加入不同老化时间的上述混悬液中，磁力搅拌20 min，将此混悬液离心、水洗多次收集，后过夜真空干燥。
最后是将收集到的粉末研磨均匀，在管式炉中氩气气氛下从室温开始加热，以5oCmin-1的升温速率，加热到400oC保温，退火处理2 h，收集得到灰黑色Co-CoO/Ti3C2-MXene粉末。
本实施例所得Co-CoO/Ti3C2-MXene吸波材料的电磁参数如图6所示，电磁吸波性能如图7所示。
实施例6
制备MXene纳米片同实施例5。
制备Co-CoO/Ti3C2-MXene粉末，同实施例3，仅改变磁力搅拌辅助老化24 h。
本实施例所制得的Co-CoO/Ti3C2-MXene粉末的XPS全谱图和Co的精细谱图如图4和5所示，全谱图表现出明显的Co、O、C、Ti 特征峰与Co-CoO/Ti3C2-MXene组分相对应，而且Co的分峰结果也显示了Co-CoO纳米粒子的构建。
实施例7
制备MXene纳米片同实施例2。
再者是取1质量份MXene纳米片溶于8 mmol L-1CoCl2溶液中，磁力搅拌辅助老化48h，将过量还原剂NaBH4逐滴加入不同老化时间的上述混悬液中，磁力搅拌10 min，将此混悬液离心、水洗多次收集，后过夜真空干燥。
最后是将收集到的粉末研磨均匀，在管式炉中氩气气氛下从室温开始加热，以5oCmin-1的升温速率，加热到400oC保温，退火处理1.5 h，收集得到灰黑色Co-CoO/Ti3C2-MXene粉末。
对比例
制备MXene纳米片同实施例5，其电磁参数如图8所示，电磁吸波性能如图9所示。
表1 .不同老化时间和还原时间下Co-CoO/Ti3C2-MXene吸波材料的部分性能参数
RL值越大，反射波越小，吸收强度越强。当RL小于-10 dB时，90%的入射电磁波可以被吸收转化为热能。RL值小于-10 dB的频率范围为有效吸收带宽。由此及表1和图3可以得出结论，本发明制得的MXene基轻量化磁电耦合型吸波材料具有优异的吸波性能，最大的反射损耗值可达到-34.8 dB。实施例1-7为改变不同辅助搅拌老化时间和还原时间下所得到的Co-CoO/Ti3C2-MXene吸波材料，可以看到相比于对比例MXene，复合后的吸波材料具有更突出的吸波性能。这得益于磁电耦合机制下合适的电磁参数，为良好的阻抗匹配提供了条件。
此外，本发明所制备的磁性纳米粒子掺杂型MXene基磁电耦合型电磁吸波材料不但具有质轻、电磁吸波性能优异的特性，而且制备方法简单、易于操作、生产成本低，满足电子仪器、设备的电磁防护以及武器装备隐身材料量产的要求。
以上所述的具体描述，对发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种MXene基磁电耦合型电磁吸波材料的制备方法，其特征在于，包括如下具体步骤：
S1：制备MXene纳米片；具体包括：
S11：将LiF溶解在盐酸中，搅拌并缓慢加入Ti3AlC2粉末，所得混合物在30-35oC下反应20-30小时，得到MXene悬浮液；所述盐酸的浓度为9-11 mol·L-1 ；
S12：将S11中得到的MXene悬浮液用去离子水反复洗涤，并离心5-10分钟，至其pH值达到6；
S13：对S12中得到的pH值达到6的MXene悬浮液进行超声处理后，再次离心1-2小时，获得带有MXene片的均匀上清液；所述超声处理包括在气体流速为30-60 mL·min-1的氩气气流下将MXene悬浮液超声处理1-2小时；
S14：对S13中得到的所述带有MXene片的均匀上清液进行真空冷冻干燥，得到MXene纳米片；
S2：将S1中得到的MXene纳米片溶于CoCl2溶液并进行磁力搅拌辅助老化，Co盐通过原位静电自组装在少层MXene纳米片上；然后加入还原剂对钴离子进行还原，所述磁力搅拌辅助老化的时间为1-48小时，所述还原剂为NaBH4；
具体地，加入还原剂对钴离子进行还原包括在磁力搅拌辅助老化结束后，将过量的还原剂NaBH4加入不同老化时间的MXene纳米片与CoCl2溶液的混悬液中对钴离子进行还原，还原时间为5-20 min；经离心、水洗和真空干燥后得到材料粉末前驱体；
S3：对S2中得到的材料粉末前驱体进行退火处理，得到Co-CoO/MXene电磁吸波材料。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：S12、S13中所述离心的转速为3000-5000 rpm。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：S2中所述CoCl2溶液的浓度为3-9mmol·L-1。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，S3中所述退火处理具体包括：在氩气气氛下从室温开始加热，以5 oC· min-1的升温速率，加热到400 oC保温，退火处理1-4 小时。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：在退火处理前，将S2中得到的材料粉末研磨均匀。
6.一种根据权利要求1-5任一项所述的制备方法制备得到的Co-CoO/MXene电磁吸波材料。
7.一种根据权利要求6所述的Co-CoO/MXene电磁吸波材料在电磁保护领域的应用。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311151308.1A CN116887594B (zh) | 2023-09-07 | 2023-09-07 | MXene基磁电耦合型电磁吸波材料及其制备方法和应用 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311151308.1A CN116887594B (zh) | 2023-09-07 | 2023-09-07 | MXene基磁电耦合型电磁吸波材料及其制备方法和应用 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN116887594A CN116887594A (zh) | 2023-10-13 |
| CN116887594B true CN116887594B (zh) | 2023-12-19 |
Family
ID=88268447
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202311151308.1A Active CN116887594B (zh) | 2023-09-07 | 2023-09-07 | MXene基磁电耦合型电磁吸波材料及其制备方法和应用 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN116887594B (zh) |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107805939A (zh) * | 2017-10-31 | 2018-03-16 | 安徽大学 | 复合微波吸收剂及其制备方法 |
| CN112670524A (zh) * | 2020-09-04 | 2021-04-16 | 华中科技大学 | 超薄柔性空气电极材料、锂空气电池及其制备方法 |
| WO2022032743A1 (zh) * | 2020-08-12 | 2022-02-17 | 五邑大学 | 一种CoTe2/MXene复合材料及其制备方法 |
| CN116040618A (zh) * | 2023-01-31 | 2023-05-02 | 青岛理工大学 | 一种rGO/MXene/FeCoC多元复合电磁吸波材料及其制备方法 |
| WO2023077620A1 (zh) * | 2021-11-02 | 2023-05-11 | 中国科学院深圳先进技术研究院 | 一种基于MXene废弃沉淀制备的电磁波吸收材料及其制备方法和应用 |
| CN116656318A (zh) * | 2023-04-28 | 2023-08-29 | 南京航空航天大学 | 一种基于Co-ZIF-L的衍生吸波材料及制备方法 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110632128B (zh) * | 2019-09-29 | 2021-06-08 | 杭州汇健科技有限公司 | 石墨烯材料电阻式气体传感阵列的制备方法及其应用方法 |
| CN111916917B (zh) * | 2020-08-05 | 2023-09-05 | 电子科技大学 | 一种基于MXene的太赫兹波宽带超强吸收泡沫 |
-
2023
- 2023-09-07 CN CN202311151308.1A patent/CN116887594B/zh active Active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107805939A (zh) * | 2017-10-31 | 2018-03-16 | 安徽大学 | 复合微波吸收剂及其制备方法 |
| WO2022032743A1 (zh) * | 2020-08-12 | 2022-02-17 | 五邑大学 | 一种CoTe2/MXene复合材料及其制备方法 |
| CN112670524A (zh) * | 2020-09-04 | 2021-04-16 | 华中科技大学 | 超薄柔性空气电极材料、锂空气电池及其制备方法 |
| WO2023077620A1 (zh) * | 2021-11-02 | 2023-05-11 | 中国科学院深圳先进技术研究院 | 一种基于MXene废弃沉淀制备的电磁波吸收材料及其制备方法和应用 |
| CN116040618A (zh) * | 2023-01-31 | 2023-05-02 | 青岛理工大学 | 一种rGO/MXene/FeCoC多元复合电磁吸波材料及其制备方法 |
| CN116656318A (zh) * | 2023-04-28 | 2023-08-29 | 南京航空航天大学 | 一种基于Co-ZIF-L的衍生吸波材料及制备方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| GUO, Ziyang.Unveiling the corrosion mechanism of 3-nitro-1,2,4-triazol-5-one (NTO) toward mild steel from ab initio molecular dynamics: how the "nitro-to-amino" reaction matters.《JOURNAL OF MATERIALS CHEMISTRY A》.2023,第11卷(第30期),全文. * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN116887594A (zh) | 2023-10-13 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Xie et al. | Spinel structured MFe2O4 (M= Fe, Co, Ni, Mn, Zn) and their composites for microwave absorption: A review | |
| Ren et al. | Efficient microwave absorption achieved through in situ construction of core-shell CoFe2O4@ mesoporous carbon hollow spheres | |
| Zhang et al. | A review on metal–organic framework-derived porous carbon-based novel microwave absorption materials | |
| Huang et al. | Interface compatibility engineering of Multi-shell Fe@ C@ TiO2@ MoS2 heterojunction expanded microwave absorption bandwidth | |
| Dong et al. | Achieving excellent electromagnetic wave absorption capabilities by construction of MnO nanorods on porous carbon composites derived from natural wood via a simple route | |
| CN113185193B (zh) | 一种MXene复合纤维增强石墨烯气凝胶吸波材料及其制备方法 | |
| Dai et al. | Construction of Ni@ polypyrrole nanochains/Ti 3 C 2 T x ternary composites with excellent microwave absorption properties | |
| Li et al. | Desirable microwave absorption performance of ZnFe2O4@ ZnO@ rGO nanocomposites based on controllable permittivity and permeability | |
| Li et al. | Tailoring microwave electromagnetic responses in Ti3C2T x MXene with Fe3O4 nanoparticle decoration via a solvothermal method | |
| Luo et al. | Preparation and excellent electromagnetic absorption properties of dendritic structured Fe3O4@ PANI composites | |
| CN112777582B (zh) | 一种氮掺杂有序介孔碳/钴金属复合材料的制备方法 | |
| Guo et al. | The excellent electromagnetic wave absorbing properties of carbon fiber composites: the effect of metal content | |
| Li et al. | Metal-organic framework-derived Co/CoO nanoparticles with tunable particle size for strong low-frequency microwave absorption in the S and C bands | |
| CN111171787B (zh) | 一种BiFeO3/RGO复合吸波材料及制备方法 | |
| CN114149786B (zh) | 界面极化增强型TiO2/RGO吸波材料的制备方法 | |
| Ge et al. | Accordion-like reduced graphene oxide embedded with Fe nanoparticles between layers for tunable and broadband electromagnetic wave absorption | |
| CN110572997B (zh) | 一种新型泡沫炭电磁屏蔽复合材料的制备方法 | |
| Liu et al. | Facile synthesis of CoFe2O4/reduced graphene oxide nanocomposites with adjusting porous morphology for efficient microwave absorption | |
| Mahmoodi et al. | Oleaster seed-derived activated carbon/ferrite nanocomposite for microwave absorption in the X-band range | |
| CN116887594B (zh) | MXene基磁电耦合型电磁吸波材料及其制备方法和应用 | |
| Deng et al. | MOF Derivatives with Gradient Structure Anchored on Carbon Foam for High‐Performance Electromagnetic Wave Absorption | |
| CN114614272A (zh) | 一种MOF衍生的MXene/Co/C复合吸波材料及其制备方法 | |
| CN117229756B (zh) | 一种层间距可调控的MXene基纳米复合吸波材料的制备方法 | |
| CN114956830B (zh) | 氮化硼包覆碳纳米管增强的聚合物转化陶瓷基吸波材料及制备方法 | |
| CN116322007B (zh) | 三维互联孔隙结构的NiFe-CNTs-RGO复合气凝胶材料及其制备方法和应用 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |