一种MXene-rGO复合薄膜及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及电磁屏蔽技术领域，尤其涉及一种MXene

【技术实现步骤摘要】
一种MXene
‑
rGO复合薄膜及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及电磁屏蔽
，尤其涉及一种MXene
‑
rGO复合薄膜及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]近年来，5G通信、物联网、可穿戴设备等电子信息技术在通信工程、民用、航空航天、军事等领域得到广泛应用，然而电磁干扰(electromagnetic interference，EMI)会影响电子设备正常工作，同时危及人类健康。由于电磁波可以被材料的电荷载流子反射和吸收，通常材料的电导率被认为是EMI SE的最关键参数之一。
[0003]目前，常用的电磁屏蔽材料主要是金、银、铜、镍、铝等金属材料，但是金属材料密度大且在发生大变形或腐蚀时容易失去屏蔽功能，因此限制了它们的应用。MXene材料是一类具有二维层状结构的金属碳/氮化物，其化学通式为M
n+1
X
n
T
x
，其中(n＝1
‑
3)，M代表早期过渡金属，如Ti、Zr、V、Mo等，X代表C或N元素，T
x
为表面基团，通常为
‑
OH、
‑
O、
‑
F和
‑
Cl。相比而言，MXene以其超高的电导率、易加工性能和低成本等特点正逐渐成为一类极具竞争优势的电磁屏蔽材料。然而，对于常规紧密堆积结构的纯MXene薄膜材料来说，入射电磁波在材料内部的传播路径较短，多重散射/反射较少，无法实现电磁波的有效衰减。
[0004]相关技术中有在M/rGO复合薄膜内部构筑多孔结构，研究发现，与纯MXene相比，多孔结构的引入极大的降低了材料的密度和增加了入射电磁波在材料内部的多重反射/散射。但是，由于还原氧化石墨烯(Reduced Graphene Oxide，rGO)较差的导电性，采用传统共混法制备的导电复合材料中的MXene纳米片难以形成连续的导电路径，不可避免地导致复合材料导电性降低，使得最终制品的电磁屏蔽比效能(SSE/t)降低。此外，由于rGO较高的红外发射率，传统共混法制备得到的复合薄膜不具有红外隐身能力。因此，构建一种兼具良好的电磁干扰屏蔽性能和红外隐身性能的复合薄膜仍然是一个挑战。

技术实现思路

[0005]本专利技术提供一种MXene
‑
rGO复合薄膜及其制备方法和应用，用以解决现有技术存在的上述技术问题，通过层层交替涂覆和热退火而形成具有连续化导电通路和丰富多孔结构的复合薄膜，该复合薄膜兼具优异的电磁干扰屏蔽性能和红外隐身性能。
[0006]根据本专利技术的第一方面，本专利技术提供一种MXene
‑
rGO复合薄膜的制备方法，包括如下步骤：
[0007]将MXene分散液和GO分散液交替涂覆到多孔基膜上，形成MXene
‑
GO复合薄膜；其中，所述MXene
‑
GO复合薄膜包括交替层叠设置的MXene层和GO层；所述MXene
‑
GO复合薄膜的底层和顶层均为MXene层；
[0008]将形成的所述MXene
‑
GO复合薄膜进行退火处理得到MXene
‑
rGO复合薄膜。
[0009]上述方案中，本专利技术一种MXene
‑
rGO复合薄膜的制备方法将MXene分散液和GO分散液依次交替涂覆到多孔基膜上，形成包括交替层叠设置的MXene层和GO层的MXene
‑
GO复合
薄膜，这样的复合薄膜以MXene层为底层和顶层，GO层被嵌在MXene层中间，一方面MXene层具有电磁屏蔽性能，还具有与金属相媲美的表面低红外发射率，使得形成的复合薄膜具有优异的电磁屏蔽效能和红外隐身能力，另一方面，MXene层形成的连续导电通路使复合薄膜具有高导电性，从而产生高效反射损耗。将形成的MXene
‑
GO复合薄膜进行退火处理，由于在高温退火处理过程中，GO热解会释放小分子气体，使得到的MXene
‑
rGO复合薄膜内部产生孔状结构，多孔结构形成多个界面，增加了渗透电磁波的传播路径，促进界面极化损耗，使得进入MXene
‑
rGO复合薄膜内部的电磁波被大幅度衰减。此外高温退火也有利于MG复合薄膜中的导电网络的恢复，提高导电率，而提高电磁屏蔽效能。得益于这种连续化的导电通路和丰富的多孔结构，使制备得到的MXene
‑
rGO复合薄膜兼具优异的电磁干扰屏蔽性能和红外隐身性能。本专利技术的制备方法工艺简单，快速且能耗低，有助于降低复合薄膜的制备成本，方便复合薄膜的工业化生产。
[0010]进一步地，MXene包括Ti3C2、Ti2C、Ti4N3和Ta4C3中的至少一种。
[0011]进一步地，所述GO层的层数为＝1
‑
4。
[0012]可选地，所述GO层的层数可以为1、2、3或4。
[0013]可以理解地，通过选择合适层数的GO层，能使得到的MXene
‑
rGO复合薄膜具有合适的电导率和孔隙率，进而能保证MXene
‑
rGO复合薄膜的电磁屏蔽效能。
[0014]进一步地，所述MXene
‑
rGO复合薄膜的厚度为12.1μm
‑
18.5μm。
[0015]可以理解地，通过将MXene
‑
rGO复合薄膜的厚度限定在合理的范围值内，进而能保证MXene
‑
rGO复合薄膜的绝对电磁屏蔽效能。
[0016]进一步地，所述MXene分散液和所述GO分散液的浓度各自独立地为0.6g/L
‑
3g/L。
[0017]可选地，所述MXene分散液和所述GO分散液的浓度可以各自独立地为0.6g/L、0.8g/L、1.0g/L、1.5g/L、2.0g/L、2.5g/L或3g/L等。
[0018]可以理解地，通过选定合适浓度的MXene分散液和GO分散液，有利于Mxene和GO在多孔基膜上的涂覆，以形成性能优异的Mxene层和GO层。
[0019]进一步地，所述多孔基膜为尼龙有机滤膜、混合纤维素酯膜、聚丙烯膜、聚醚砜膜、陶瓷膜、中空纤维膜中的一种。
[0020]可以理解地，通过选择合适类型的多孔基膜，有利于Mxene层和GO层在基膜上的形成。
[0021]进一步地，所述多孔基膜的孔径为100nm
‑
600nm。
[0022]可以理解地，通过选定合适孔径的多孔基膜，能更有效地拦截Mxene分散液，使Mxene纳米片在多孔基膜上形成Mxene层。
[0023]进一步地，所述退火处理过程中，将所述MXene
‑
GO复合薄膜接触加热台，优选将所述MXene
‑
GO复合薄膜的边缘接触加热台。
[0024]可以理解地，MXene<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种MXene
‑
rGO复合薄膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将MXene分散液和GO分散液交替涂覆到多孔基膜上，形成MXene
‑
GO复合薄膜；其中，所述MXene
‑
GO复合薄膜包括交替层叠设置的MXene层和GO层；所述MXene
‑
GO复合薄膜的底层和顶层均为MXene层；将形成的所述MXene
‑
GO复合薄膜进行退火处理得到MXene
‑
rGO复合薄膜。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述GO层的层数为1
‑
4。3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述MXene
‑
rGO复合薄膜的厚度为12.1μm
‑
18.5μm。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述MXene分散液和所述GO分散液的浓度各自独立地为0.6g/L
‑
3g/L。5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述多孔基膜为尼龙有机滤膜、混合纤维素酯膜、聚丙烯膜、聚醚砜膜、陶瓷膜、中空...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁力，王海辉，谭洪鑫，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：