一种MXene电磁屏蔽织物及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及一种MXene电磁屏蔽织物及其制备方法和应用。该方法包括：将柔性织物基底等离子体预处理，然后放入MXene分散液中浸渍，取出后干燥，在CO2条件下低温退火处理。该电磁屏蔽织物具有良好的柔性、耐水洗性和电磁屏蔽特性。性。性。

【技术实现步骤摘要】
一种MXene电磁屏蔽织物及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于电磁屏蔽材料及其制备和应用领域，特别涉及一种MXene电磁屏蔽织物及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]随着现代电子技术的快速发展，电子器件和无线通信设备得以广泛应用，随之产生越来越多的电磁辐射和干扰，使得空间电磁环境日趋复杂。电磁辐射成为继噪声、水和空气污染后的新型污染，不仅影响通信设备的信息安全和电子设备的正常运行，而且会危害人类身体健康。因此，对新型电磁防护材料的研究已经成为保护电子元件和人类免受电磁干扰不可或缺的部分。
[0003]最先被应用到电磁屏蔽领域的金属及金属氧化物材料因其密度大、耐化学腐蚀性差和难加工等缺点，已难以满足人们对电磁屏蔽材料轻质高效的要求。而低维纳米材料如碳纳米管、石墨烯和MXene等材料因密度小、导电性高、易加工等特点，逐渐成为了制备电磁干扰屏蔽材料的理想选择。其中，新型二维纳米材料MXene，因特殊的结构和丰富的表面官能团使其具有高电导率(～8000S/cm)、高电子迁移率(5.03
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103cm2/(V
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s))、良好的生物相容性、以及多样化的形貌，在功能材料方面具有很大的研究前景。同时，MXene属于常温光热转换远红外高辐射材料，光热转换率高，无需热源，具有可吸收环境热量以远红外能量形式输出的特点。单层MXene薄膜可以实现20％的电磁波有效屏蔽，24层(厚约55nm)薄膜呈现99％的电磁屏蔽性能(20dB)，绝对屏蔽性能值达到3.89
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106dB cm2/g，这一数值要明显优于大多数目前文献报道过电磁屏蔽材料。然而，目前较多的MXene基柔性电磁屏蔽复合材料主要通过将MXene填充在高分子材料的内部。如专利：一种静电纺聚酰亚胺/MXene电磁屏蔽膜的制备方法(公开号：CN111155239A)、水性聚氨酯
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MXene电磁屏蔽仿生纳米复合材料膜及制备方法(公开号：CN110698847A)等，均使用单体聚合后的聚合物原液与MXene分散液混合，通过简单抽滤制备复合材料。无法良好地应用在可穿戴等需要电磁屏蔽的方向，且高分子材料的包覆大大降低了复合材料的导电性能。基于MXene高性能电磁屏蔽织物的研究还远未完善。

技术实现思路

[0004]本专利技术所要解决的技术问题是提供一种MXene电磁屏蔽织物及其制备方法和应用，以克服现有技术中电磁屏蔽织物电磁屏蔽效果不佳以及耐久性差的缺陷。
[0005]本专利技术提供一种MXene电磁屏蔽织物，将预处理后的柔性织物基底放入MXene分散液中均匀浸涂，干燥，然后在CO2条件下煅烧得到，其中退火处理的工艺参数为：将干躁后的织物置于快速升温炉中，在CO2气氛下，以10
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20℃/s的速率升温至60℃预热20
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40min，然后以同样速率升温至60
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80℃，处理时间为24
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36h，关闭快速升温炉后保温2
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4h。
[0006]所述柔性织物基底为无纺布、纯棉布、酮氨纤维布、纯麻布、竹纤维布中的一种。
[0007]所述MXene分散液通过将MAX相Ti3AlC2加入到氟化锂、盐酸与超纯水的刻蚀液中，
Transition Metal Carbonitride Ti3CNT
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(MXene).[Aamir Iqbal,et al.Anomalous Absorption of Electromagnetic Waves by 2D Transition Metal Carbonitride Ti3CNT
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(MXene),Science,2020.DOI:10.1126]。在该工作中研究人员分别使用150℃，250℃，350℃的温度将MXene在Ar气氛中进行热煅烧处理，虽然更高的煅烧温度会导致层间距降低，但是由于材料的氧化程度增加，孔径大小和孔体积均增加。煅烧后，其分层的类似超材料的结构产生的电磁波异常高吸收，电磁屏蔽效应分别提高为77dB，99dB，116dB。中科院过程工程所王丹教授在Adv.Energy Mater.期刊上发表的名为Facile Synthesis of Crumpled Nitrogen
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Doped MXene Nanosheets as A New Sulfur Host for Lithium
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Sulfur Batteries的文章[Weizhai Bao,et al.Facile Synthesis of Crumpled Nitrogen
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Doped MXene Nanosheets as a New Sulfur Host for Lithium
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Sulfur Batteries[J].Advanced Energy Materials,2018,8(13).]。采用带负电的Ti3C2T
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片和带正电的三聚氰胺退火后，通过静电自组装制备成功制备了褶皱状N
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Ti3C2T
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纳米片材料，使N原子成功掺杂到Ti3C2T
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材料。该退火方法依然使用高温短时间煅烧，而本专利技术中的退火方法与使电磁屏蔽性能的提升原因均与其他工作不同。本专利技术使用的退火方法为低温长时间退火，让负载在织物表面MXene导电层最外层的MXene纳米片充分均匀煅烧，使用CO2为煅烧气体，以牺牲最外层的MXene纳米片完全氧化，在最外层局部位置形成TiO2‑
C的P
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N结微结构。复合织物的表面形成更多的异质界面，增加了界面处的电子聚集，并且增加了电磁波在材料内部的传输路径。且形成了微型的类电容电路，这些结构特性将增强Ti3C2T
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的电磁波吸收能力。另外，在经过热处理过程后，在未破坏内部Ti3C2T
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的二维结构前提下，表面官能团大量减少并且剥离出非晶碳相，提高了其电导率，有利于电磁波在材料内部电导损耗的增加。低介电损耗相二氧化钛的形成有利于优化材料表面与自由空间的阻抗匹配。
[0027]有益效果
[0028](1)本专利技术的MXene电磁屏蔽织物具有良好的柔性、电磁屏蔽特性，同时兼具生物相容性和环境友好性。
[0029](2)本专利技术利用织物纤维疏松、表面结构粗糙的特点，采用MXene对柔性织物材料进行改性，构筑设计出了具有三维网络结构的MXene电磁屏蔽织物，有效提升了传统电磁屏蔽织物的吸波性能，并应用于可穿戴服装，对保护人体健康、减少电磁辐射的危害具有重大意义。
[0030](3)本专利技术使用低温长时间退火，让负载在织物表面MXene导电层最外层的MXene纳米片均匀煅烧，使用CO2为煅烧气体，以牺牲最外层的MXene纳米片完全氧化，最外层局部位置形成TiO2‑
C的P
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N结微结构。有利于提高MXen本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种MXene电磁屏蔽织物，其特征在于，将预处理后的柔性织物基底放入MXene分散液中均匀浸涂，干燥，然后在CO2条件下退火处理得到，其中退火处理的工艺参数为：将干躁后的织物置于快速升温炉中，在CO2气氛下，以10
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20℃/s的速率升温至60℃预热20
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40min，然后以同样速率升温至60
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80℃，处理时间为24
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36h，关闭快速升温炉后保温2
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4h。2.根据权利要求1所述的MXene电磁屏蔽织物，其特征在于，所述柔性织物基底为无纺布、纯棉布、酮氨纤维布、纯麻布、竹纤维布中的一种。3.根据权利要求1所述的MXene电磁屏蔽织物，其特征在于，所述MXene分散液通过将MAX相Ti3AlC2加入到氟化锂、盐酸与超纯水的刻蚀液中，搅拌反应，离心，将得到的沉淀在去离子水中分散，再次离心，收取分散液获得。4.根据权利要求3所述的MXene电磁屏蔽织物，其特征在于，所述Ti3AlC2、LiF、HCl和超纯水的质量比为1:1～2:12.5～30:5.5。5.根据权利要求3所述的MXene电磁屏蔽织物，其特征在于，所述搅拌反应温度为25～30℃，搅拌反应时间为22～26h。6.一种MXene电磁屏蔽织物的制备方法，包括：(1)将柔性织物基底等离子体预处理；(2)将步骤(1)中预处理后的柔性织...

【专利技术属性】
技术研发人员：侯成义，刘芮，吴钦鑫，王宏志，李耀刚，张青红，
申请(专利权)人：东华大学，
类型：发明
国别省市：