MXene复合物的合成及其在微波吸收中的应用
发布时间：2021-01-21 15:06
电磁波干扰和辐射已经造成严重的环境污染,对电磁兼容、人体健康和正常通讯的危害极大。多年来,研究人员已运用多种二维材料用于制备宽频、高效、轻质的吸波材料来解决这一问题。其中Ti3C2Tx MXene这一类材料因其二维特征、高介电损耗、丰富的表面官能团等在吸波方面的应用上潜力巨大。囿于Ti3C2Tx用作吸波材料时磁损耗不足以及吸收频带窄等缺点,该材料在实际市场推广上,还有很长的路要走。本论文针对以上问题开展了相关的结构设计以及吸波机理研究。通过设计三明治结构的CoFe@Ti3C2Tx复合物用于电磁波吸收,以改善Ti3C2Tx磁损耗不足以及吸收频带窄的缺点。经DMF插层、水合肼原位还原磁性CoFe片用于修饰Ti3C2Tx等步骤,获得的CoFe@Ti3
【文章来源】：青岛大学山东省
【文章页数】：77 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
电磁波在吸波材料内部的传输路径
青岛大学硕士学位论文7图1.2目前组成MAX相的元素在元素周期表中的具体分布。(摘自参考文献[9]，版权2018Elsevier)Figure1.2CurrentdistributionoftheelementsthatmakeuptheMAXphaseintheperiodictable.(Reference[9],copyright2018Elsevier)1.2.1MXene的制备方法实验中常通过高温煅烧制备MAX相材料(其中A代指Al、Si、Ga、Ge等IIB、IIIA、IVA、VA、VIA元素)，以MAX相为母体，通过酸、碱、有机溶剂等刻蚀掉MAX中的A相，制备出手风琴状的MXene材料。1.2.1.1HF酸刻蚀法Yurygogotsi团队在2011年首次在室温下通过HF刻蚀Ti3AlC2制备出Ti3C2Tx，其制备示意图如图1.3所示。当Ti3AlC2分散在HF酸中时，发生的反下：Ti3AlC2+3HF=AlF3+3/2H2+Ti3C2公式1-(8)Ti3C2+2H2O=Ti3C2(OH)2+H2公式1-(9)Ti3C2+2HF=Ti3C2F2+H2公式1-(10)Ti3AlC2会与HF酸反应生成Ti3C2，而暴露在外的Ti原子易与水和/或HF继续反应，使得生成的Ti3C2的表面带有—OH，—F，—O—等官能团，产物表示为Ti3C2Tx。因为M-A键能的不同，从不同的MAX前驱体制备相应的MXene,需要进行刻蚀处理的时间以及温度也不同。另外HF酸的浓度太低会降低溶液的刻蚀能力，使得MAX中的A相反应不完全，进而获得比表面积小的MXene产物[22,23]。在低浓度的HF酸中，产物与H2O的反应的可能性会增加，表面生成更多不稳定的-OH官能团，且容易进一步转化成-O-，使得MXene表面的含氧官能团的比例提高[24]。虽然当前已经
青岛大学硕士学位论文8图1.3Ti3AlC2剥离过程的示意图。(a)Ti3AlC2的结构，(b)与HF反应后，Al原子被OH取代，(c)在甲醇中超声处理后，氢键断裂，纳米片分离。(摘自参考文献[21]，版权2011Wiley-VCH)Figure1.3SchematicdiagramoftheTi3AlC2strippingprocess.(a)ThestructureofTi3AlC2,(b)AlatomswerereplacedbyOHafterreactionwithHF,(c)afterultrasonictreatmentinmethanol,thehydrogenbondswerebrokenandthenanosheetswereseparated.(Reference[21],copyright2011Wiley-VCH)有许多方法被用来制备MXene，但通过HF刻蚀掉MAX中的A相，以此获得手风琴状或者单层结构仍然是当前实验室生产制备MXene的主要方法。1.2.1.2氟化物盐刻蚀法除了直接用HF酸刻蚀之外，通过氟化盐和盐酸原位生成HF酸，也是制备MXene的重要方法。MichaelGhidiu团队在2014年首次通过混合氟化锂(LiF)和盐酸(HCl)[25]，原位生成HF酸，刻蚀Ti3AlC2中的Al相制备Ti3C2Tx。实验中制备的亲水材料在水合之后体积膨胀，并且可以像粘土一样成型并干燥成具有高导电性的固体，或卷曲成几十微米厚薄膜。该实验为薄膜生产提供了一条更快的途径，避免了处理危险的浓氢氟酸，同时由于Li+的插层，使得Ti3C2Tx的层间距增大。相较于HF刻蚀，LiF与HCl溶液的混合处理方法更为温和、生产率更高。制备的MXene的单片横向尺寸更大、缺陷更少。LiF与HCl溶液的混合模式还能够用于刻蚀其他MAX相，例如Nb2AlC和Ti2AlC等[26,27]。另外LiF也可用其他氟化物替代，例如CaF2、KF、NaF、CsF等，HCl溶液也可用H2SO4替代[28]。但需要注意到，不同氟化物与不同酸溶液之间的结合对刻蚀反应的微调，将使制备的MXene材料在成分以及性质上具有潜在优势。比如，我们可以通过选择?
【参考文献】：
期刊论文
[1]Recent advances in MXene: Preparation, properties,and applications[J]. 雷进程,张旭,周震. Frontiers of Physics. 2015(03)
本文编号：2991385
【文章来源】：青岛大学山东省
【文章页数】：77 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
电磁波在吸波材料内部的传输路径
青岛大学硕士学位论文7图1.2目前组成MAX相的元素在元素周期表中的具体分布。(摘自参考文献[9]，版权2018Elsevier)Figure1.2CurrentdistributionoftheelementsthatmakeuptheMAXphaseintheperiodictable.(Reference[9],copyright2018Elsevier)1.2.1MXene的制备方法实验中常通过高温煅烧制备MAX相材料(其中A代指Al、Si、Ga、Ge等IIB、IIIA、IVA、VA、VIA元素)，以MAX相为母体，通过酸、碱、有机溶剂等刻蚀掉MAX中的A相，制备出手风琴状的MXene材料。1.2.1.1HF酸刻蚀法Yurygogotsi团队在2011年首次在室温下通过HF刻蚀Ti3AlC2制备出Ti3C2Tx，其制备示意图如图1.3所示。当Ti3AlC2分散在HF酸中时，发生的反下：Ti3AlC2+3HF=AlF3+3/2H2+Ti3C2公式1-(8)Ti3C2+2H2O=Ti3C2(OH)2+H2公式1-(9)Ti3C2+2HF=Ti3C2F2+H2公式1-(10)Ti3AlC2会与HF酸反应生成Ti3C2，而暴露在外的Ti原子易与水和/或HF继续反应，使得生成的Ti3C2的表面带有—OH，—F，—O—等官能团，产物表示为Ti3C2Tx。因为M-A键能的不同，从不同的MAX前驱体制备相应的MXene,需要进行刻蚀处理的时间以及温度也不同。另外HF酸的浓度太低会降低溶液的刻蚀能力，使得MAX中的A相反应不完全，进而获得比表面积小的MXene产物[22,23]。在低浓度的HF酸中，产物与H2O的反应的可能性会增加，表面生成更多不稳定的-OH官能团，且容易进一步转化成-O-，使得MXene表面的含氧官能团的比例提高[24]。虽然当前已经
青岛大学硕士学位论文8图1.3Ti3AlC2剥离过程的示意图。(a)Ti3AlC2的结构，(b)与HF反应后，Al原子被OH取代，(c)在甲醇中超声处理后，氢键断裂，纳米片分离。(摘自参考文献[21]，版权2011Wiley-VCH)Figure1.3SchematicdiagramoftheTi3AlC2strippingprocess.(a)ThestructureofTi3AlC2,(b)AlatomswerereplacedbyOHafterreactionwithHF,(c)afterultrasonictreatmentinmethanol,thehydrogenbondswerebrokenandthenanosheetswereseparated.(Reference[21],copyright2011Wiley-VCH)有许多方法被用来制备MXene，但通过HF刻蚀掉MAX中的A相，以此获得手风琴状或者单层结构仍然是当前实验室生产制备MXene的主要方法。1.2.1.2氟化物盐刻蚀法除了直接用HF酸刻蚀之外，通过氟化盐和盐酸原位生成HF酸，也是制备MXene的重要方法。MichaelGhidiu团队在2014年首次通过混合氟化锂(LiF)和盐酸(HCl)[25]，原位生成HF酸，刻蚀Ti3AlC2中的Al相制备Ti3C2Tx。实验中制备的亲水材料在水合之后体积膨胀，并且可以像粘土一样成型并干燥成具有高导电性的固体，或卷曲成几十微米厚薄膜。该实验为薄膜生产提供了一条更快的途径，避免了处理危险的浓氢氟酸，同时由于Li+的插层，使得Ti3C2Tx的层间距增大。相较于HF刻蚀，LiF与HCl溶液的混合处理方法更为温和、生产率更高。制备的MXene的单片横向尺寸更大、缺陷更少。LiF与HCl溶液的混合模式还能够用于刻蚀其他MAX相，例如Nb2AlC和Ti2AlC等[26,27]。另外LiF也可用其他氟化物替代，例如CaF2、KF、NaF、CsF等，HCl溶液也可用H2SO4替代[28]。但需要注意到，不同氟化物与不同酸溶液之间的结合对刻蚀反应的微调，将使制备的MXene材料在成分以及性质上具有潜在优势。比如，我们可以通过选择?
【参考文献】：
期刊论文
[1]Recent advances in MXene: Preparation, properties,and applications[J]. 雷进程,张旭,周震. Frontiers of Physics. 2015(03)
本文编号：2991385
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