【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及电磁屏蔽材料，具体而言，涉及一种多层结构mxene改性碳纤维无纺毡及其制备方法。
技术介绍
1、随着现代电子技术的飞速发展，可穿戴和通信技术设备的数量越来越多，尺寸也越来越小。然而，电子元件在工作过程中不可避免地会产生严重的电磁干扰(emi)，对人体健康和设备的稳定运行产生不利影响。传统的商用电磁干扰屏蔽材料主要是金属基的，通过在高频电磁场中的阻抗失配和高导电性来实现电磁干扰屏蔽。尽管它们很有效，但大多数传统材料高密度、不耐腐蚀性的特性限制了它们作为下一代emi屏蔽材料的应用。因此，开发具有超轻、柔性和高emi屏蔽效能(emi se)的新型emi屏蔽材料已成为迫切需要。
2、与传统金属基材料以反射为主的电磁干扰屏蔽相比，碳复合材料可以通过与材料中的载流子或偶极子相互作用来吸收电磁波并将其转化为热量，在解决电磁污染问题方面显示出很大的希望。例如碳纤维(cf)、碳纳米管(cnt)、石墨烯(go)、还原氧化石墨烯(rgo)等碳基材料具有优异的电学和热性能，可以通过调节来改变材料的介电和阻抗匹配性能，从而实现高效的电磁干扰屏蔽。但上述纳米材料在复合材料中难以均匀分散以及自身组成材料的力学性能不足阻碍了其大规模的推广应用。因此探索高效、便捷的多组分、多尺度材料组合及结构制备是十分有必要的。
3、碳纤维复合材料以其优异的耐久性、高强重比和强度优势，在建筑、航空航天、绿色能源等领域得到了广泛的应用。然而，随着越来越多的cf增强组件达到其使用寿命，寻找处理退役cf和回收废弃预浸料的方法对于实现循环经济目标变
4、rcf的一个很有前途的多功能应用场景是使用短切cf非织造毡作为高效电磁屏蔽材料，多孔网状结构和低密度使其成为理想的导电和磁性材料集成化载体。并且与昂贵的传统全新碳纤维制备的碳毡相比，rcf非织造布因其低生产能耗、高性价比和可获得性而具有良好的商业前景。但是由于cf的惰性表面及其单一介电特性，构建下一代批量生产的绿色碳纤维基电磁屏蔽材料仍然是一项艰巨的挑战。
5、作为一种新的二维纳米材料家族，过渡金属碳化物/碳氮化物或氮化物(mxenes)在超级电容器、电极材料、传感器和emi屏蔽等各个领域都受到了极大的关注。mxene的分子式通常表示为mn+1xntx，其中m表示过渡金属(如ti、zr、v、nb、ta或mo)，x表示碳和/或氮，tx表示端基(-oh、-o、-f)。mxenes具有独特的电学特性和亲水表面，具有优异的导电性(高达2.5*104s/cm)和卓越的emi屏蔽性能，这使其成为开发下一代emi屏蔽材料的有吸引力的候选者。
6、mxene材料不仅可以用作真空辅助过滤制备的薄膜。高机械灵活性和易涂覆能力也使mxene可以用不同形式的不同材料构建异质结构，如气凝胶、水凝胶和添加剂，以满足不同场景下的需求。但mxene片材的尺寸和添加剂以及粘合剂在决定最终材料的电气和机械性能方面起着至关重要的作用。较小的mxene薄片在构建连续导电网络和层状结构方面不如较大的薄片。例如，高度排列的大mxene薄片薄膜具有显著的抗拉强度(高达≈570mpa)，导电性(≈15100s*cm-1)和出色的emi屏蔽性能(≈50db，厚度为940nm)。然而，大片状mxene薄膜的力学性能相对较低，主要是由于层间结合力较弱。通过不同尺寸，可以紧密填充mxene薄膜之间的孔隙，增强其机械和电磁屏蔽效能。
7、此外最近，作为mxene家族中n掺杂碳氮化物的一员，ti3cntx因其退火后的异常电磁波吸收现象而受到关注。研究表明，ti3cntx薄膜经350℃退火处理6小时后，emi set值可由61db提高到116db。
8、mxene材料作为一种新型的二维纳米材料，具有出色的电导率和emi屏蔽性能，但mxene材料的元素构成、尺寸以及结构对最终材料的电性能和机械性能有显著影响。如何合理选择和利用mxene片的尺寸、扩大最终产品的尺度并保持最佳的性能仍然是一个重要问题；
9、对于碳纤维来说，其表面较为光滑平整且惰性，mxene材料如何与碳纤维结合是结构复合材料构造的重点，因此合理选择粘合剂、改性剂、添加剂是构建牢固的mxene-cf结合界面的关键。如何使得mxene纳米材料在惰性碳纤维表面的结合及低负载碳纤维/mxene复合结构的构建也成为了目前本领域技术上的一大难题。
技术实现思路
1、本专利技术要解决的技术问题是提供一种多层结构mxene改性碳纤维无纺毡，以解决常规同领域材料电磁屏蔽性能一般及电学性能一般的问题。
2、基于上述技术问题，本专利技术提出了一种创新的轻量、高效、灵活的的多功能emi屏蔽材料，并通过综合利用rcf、mxene、导电、阻燃等添加剂，为电子设备、通信技术和复合材料等领域提供了新的可行解决方案。
3、为了解决上述问题，本专利技术提供了一种多层结构mxene改性碳纤维无纺毡，所述无纺毡为mxene改性层与碳纤维基体的双层结构，其中碳纤维基体表面通过mxene包覆，所述无纺毡通过mxene改性层与所述碳纤维基体通过化学和物理键合后得到；所述mxene改性层由mxene复合溶液处理碳纤维后获得，所述复合溶液由mxene胶体溶液以及功能性助剂复合后制得；所述功能性助剂包括导电添加剂和阻燃添加剂中的至少一种。
4、作为优选的方案，其特征在于，所述化学和物理键合的方式是真空辅助过滤、浸渍、喷涂、静电纺丝、cvd、电泳沉积中的一种或多种。
5、作为优选的方案，所述碳纤维基体包括短切碳纤维、回收短切碳纤维、碳纤维废料混合物、一种或多种。
6、作为优选的方案，所述导电添加剂是碳纤维粉末、导电石墨、导电炭黑、碳纳米管、石墨烯、金属氧化物、金属粉末、纳米碳纤维、金属纤维、聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩、聚苯硫醚、聚乙炔、聚亚苯基、聚对苯乙炔中的一种或多种。
7、作为优选的方案，所述阻燃添加剂是卤系阻燃剂、磷系阻燃剂、金属氢氧化物、硼酸锌、三嗪系阻燃剂、膨胀型阻燃剂中的一种或多种。
8、本专利技术要解决的另一个技术问题是，提供一种多层结构mxene改性碳纤维无纺毡的制备方法，以解决常规技术中mxene纳米材料在惰性碳纤维表面的结合困难及低负载碳纤维/mxene复合结构的构建困难的问题。
9、为了解决上述问题，本专利技术提供了一种多层结构mxene改性碳纤维无纺毡的制备方法，包括以下步骤：
10、s1：制备碳纤维悬浮液以及mxene混合增强胶体溶液备用；
11、所述mxene改性复合溶液的制备方法包括：
12、s1：制备碳纤维悬浮液以及mxene混合增强胶体溶液备用；所述碳纤维悬浮液的制备方法包括：mxene多层胶体溶液本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种多层结构MXene改性碳纤维无纺毡，其特征在于，所述无纺毡为MXene改性层与碳纤维基体的双层结构，其中碳纤维基体表面通过MXene包覆，所述无纺毡通过MXene改性层与所述碳纤维基体通过化学和物理键合后得到；所述MXene改性层由MXene复合溶液处理碳纤维后获得，所述复合溶液由MXene胶体溶液以及功能性助剂复合后制得；所述功能性助剂包括导电添加剂和阻燃添加剂中的至少一种。
2.根据权利要求1所述的多层结构MXene改性碳纤维无纺毡，其特征在于，所述化学和物理键合的方式是真空辅助过滤、浸渍、喷涂、静电纺丝、CVD、电泳沉积中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的多层结构MXene改性碳纤维无纺毡，其特征在于，所述碳纤维基体包括短切碳纤维、回收短切碳纤维、碳纤维废料混合物中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的多层结构MXene改性碳纤维无纺毡，其特征在于，所述导电添加剂是碳纤维粉末、导电石墨、导电炭黑、碳纳米管、石墨烯、金属氧化物、金属粉末、纳米碳纤维、金属纤维、聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩、聚苯硫醚、聚乙炔、聚亚苯基、聚对苯乙炔中的
5.根据权利要求1所述的多层结构MXene改性碳纤维无纺毡，其特征在于，所述阻燃添加剂是卤系阻燃剂、磷系阻燃剂、金属氢氧化物、硼酸锌、三嗪系阻燃剂、膨胀型阻燃剂中的一种或多种。
6.一种权利要求1-5任一项所述多层结构MXene改性碳纤维无纺毡的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
7.根据权利要求6所述的多层结构MXene改性碳纤维无纺毡的制备方法，其特征在于，所述步骤A2中，所述不同尺寸单少层MXene片的制备包括超声-离心纳米小薄片制作以及涡流动力剥离纳米大薄片制作，包括：
8.根据权利要求6所述的多层结构MXene改性碳纤维无纺毡的制备方法，其特征在于，所述碳纤维悬浮液的制备方法包括：
9.根据权利要求6所述的多层结构MXene改性碳纤维无纺毡的制备方法，其特征在于，所述碳纤维基体在与所述MXene改性层复合前，还包括：通过有机溶剂进行表面清洗，并进一步通过氧化剂进行表面氧化处理，再通过硅烷偶联剂对所述纤维通过进行处理。
10.根据权利要求9所述的多层结构MXene改性碳纤维无纺毡的制备方法，其特征在于，所述硅烷偶联剂包括烷基硅烷、丙烯基硅烷、烯基硅烷、环氧基硅烷、芳基硅烷、氟烷基硅烷、氯烷基硅烷、溴烷基硅烷、碘烷基硅烷、氨基硅烷、重氮叠氮硅烷、氰基硅烷、异氰基硅烷、巯基硅烷、酸酐硅烷、双峰硅烷、聚乙烯亚胺、苯乙烯、丙烯酸、丙烯酯中的一种或多种，所述氧化剂包括硝酸、硫酸及硝酸硫酸中的一种。
...【技术特征摘要】
1.一种多层结构mxene改性碳纤维无纺毡，其特征在于，所述无纺毡为mxene改性层与碳纤维基体的双层结构，其中碳纤维基体表面通过mxene包覆，所述无纺毡通过mxene改性层与所述碳纤维基体通过化学和物理键合后得到；所述mxene改性层由mxene复合溶液处理碳纤维后获得，所述复合溶液由mxene胶体溶液以及功能性助剂复合后制得；所述功能性助剂包括导电添加剂和阻燃添加剂中的至少一种。
2.根据权利要求1所述的多层结构mxene改性碳纤维无纺毡，其特征在于，所述化学和物理键合的方式是真空辅助过滤、浸渍、喷涂、静电纺丝、cvd、电泳沉积中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的多层结构mxene改性碳纤维无纺毡，其特征在于，所述碳纤维基体包括短切碳纤维、回收短切碳纤维、碳纤维废料混合物中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的多层结构mxene改性碳纤维无纺毡，其特征在于，所述导电添加剂是碳纤维粉末、导电石墨、导电炭黑、碳纳米管、石墨烯、金属氧化物、金属粉末、纳米碳纤维、金属纤维、聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩、聚苯硫醚、聚乙炔、聚亚苯基、聚对苯乙炔中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的多层结构mxene改性碳纤维无纺毡，其特征在于，所述阻燃添加剂是卤系阻燃剂、磷系阻燃剂、金属氢氧化物、硼...
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