Ti 3 C 2 T x 复合材料的制备及其电磁波吸收屏蔽性能研究
发布时间：2021-07-19 20:58
无线通讯技术的飞速发展以及电子器件的过度使用,造成了严重的电磁污染,不仅对人类身体健康具有潜在的危害,同时影响精密电子器件的准确运行,严重时甚至危害国家安全。因此,为了有效防止电磁波的非必要扩散,电磁波吸收和屏蔽材料越来越受到人们的重视。Ti3C2Tx MXene因制备简单、结构清晰、性能稳定等优点,是众多MXenes中应用最为广泛也是研究最多的一种。本论文以Ti3C2Tx MXene为功能材料,制备了不同的Ti3C2Tx复合材料,在电磁干扰屏蔽和吸收方面具有优异的性能。利用原位HF刻蚀法制备少层的Ti3C2Tx（文中命名为d-Ti3C2Tx）,其层数为1-3层。之后,利用凯夫拉纤维为原料通过刻蚀的方法制备芳纶纳米纤维（ANFs）,将d-Ti3
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：161 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
Ti3AlC2剥离过程示意图[27]
透稍锍尚椭票赋龈髦指餮?男巫矗?蛘呓?湎∈秃笸吭诨?纳匣竦?导电涂层。在刻蚀过程中，研究发现有阳离子和水分子进入层间，使得这种方法获得的Ti3C2Tx的晶格间距相比HF刻蚀得到的Ti3C2Tx的晶格间距有所扩大，对应的XRD光谱中(0002)晶面的衍射峰向小角度移动。图1-2b显示在制备Ti3C2Tx样件过程中，干燥后样品会发生收缩变形现象。研究表明，干燥后获得的固体具有极好的导电性，其电导率可到1500Scm-1。此外，将这种黏土特性的Ti3C2Tx用于超级电容器，发现其在H2SO4电解液中具有极高的体积电容。图1-2Ti3C2TxMXene粘土合成原理图和电极制备[50]a)Ti3AlC2在酸和氟盐溶液中被刻蚀，b)左图是干燥后的样品(显示横截面和俯视图)，右图是带有水分的样品；c)被辊压的样品；d)“黏土”塑造成的字母M(约1cm)Figure1-2SchematicofTi3C2TxMXeneclaysynthesisandelectrodepreparation[50]a)Ti3AlC2isetchedinasolutionofacidandfluoridesalt,b)theleftisdriedsamples(showingcross-sectionandtopview)andtherightarehydrated,c)imageofarolledfilm.d)“Clay”shapedintotheletterM(1cm)随后，经过众多学者的不断努力，陆续开发出制备剥离结构(又称少层结构或分层结构）的d-Ti3C2Tx(delaminatedTi3C2Tx)，其中最为常用的制备方法为MILD(minimallyintensivelayerdelamination)法[51,52]，该法也是采用HCl和LiF原位刻蚀Ti3AlC2，但是各物质的摩尔当量与制备黏土型Ti3C2Tx时略有不同。MILD法可以大量的制备出层数较少的片状d-Ti3C2Tx，而d-Ti3C2Tx由于层数很少，甚至具有单层的结构，厚度在几纳米之间，赋予了d-Ti3C2Tx优异的成膜能力。不仅如此，少层Ti3C2Tx比多层Ti3C2Tx具?
哈尔滨工业大学工学博士学位论文-6-过范德瓦尔斯相互作用可以自动自组装到Ti3C2Tx的表面，得到类似胶束的异质结构。制备的SnO2或TiO2/MXene复合材料由于两种粒子之间的协同效应使得由其作为电极的锂离子电池具有良好的电化学性能。图1-3Ti3C2Tx/CNF杂化颗粒的制备原理图[58]Figure1-3SchematicshowingthepreparationofTi3C2Tx/CNFhybridparticles[58]除了用于锂离子电池的电极之外，Ti3C2Tx还广泛用于钠离子电池电极。Zhao等人[60]通过将Ti3C2Tx纳米片自组装的方法附着在PMMA微球上，获得球形的Ti3C2Tx，在450℃下煅烧后获得空心Ti3C2Tx微球。如果将Ti3C2Tx/PMMA复合微球水分散液进行减压抽滤，将获得Ti3C2Tx/PMMA自支撑薄膜，在450℃下煅烧除去PMMA，最终制备了具有3D结构的Ti3C2Tx薄膜。该薄膜在钠离子电池电极方面，具有比Ti3C2Tx薄膜、Ti3C2Tx/CNTs复合薄膜更优秀的储能容量、倍率性能和循环稳定性能。Guo等人[61]利用溶液相法制备了一种Sb2O3/Ti3C2Tx复合材料用来增强钠离子电池的电化学性能。制备的Sb2O3/Ti3C2Tx复合材料具有异质结构，Sb2O3纳米颗粒均匀地嵌在Ti3C2Tx的三维网络中。Ti3C2Tx网络为钠离子和电子提供了高效的传输路径。作为钠离子电池的负极材料，Sb2O3/Ti3C2Tx杂化电极具有优异的结构稳定性和电化学性能。总而言之，Ti3C2Tx基电池电极在离子电池领域具有极高的储能容量、良好的循环稳定性和结构稳定性，是一种性能优异的电池电极材料。不仅如此，Ti3C2Tx基离子电池的储存性能取决于多种因素，可以通过功能基团改性、表面修饰、粒子复合和结构重塑等多个方面进行调控，使材料的能量密度达到所需条件下的最优
【参考文献】：
期刊论文
[1]2D MXenes as Co?catalysts in Photocatalysis: Synthetic Methods[J]. Yuliang Sun,Xing Meng,Yohan Dall’Agnese,Chunxiang Dall’Agnese,Shengnan Duan,Yu Gao,Gang Chen,Xiao?Feng Wang. Nano-Micro Letters. 2019(04)
[2]Ultrathin and Flexible CNTs/MXene/Cellulose Nanofibrils Composite Paper for Electromagnetic Interference Shielding[J]. Wentao Cao,Chang Ma,Shuo Tan,Mingguo Ma,Pengbo Wan,Feng Chen. Nano-Micro Letters. 2019(04)
[3]吸波复合材料的研究进展[J]. 于永涛,王彩霞,刘元军,赵晓明. 丝绸. 2019(12)
[4]基于MOFs的多孔碳材料在吸波方面的研究进展[J]. 马兴瑾,彭华龙,杨慧丽,刘崇波. 科学通报. 2019(31)
[5]基于低环化反应活化能的PAN纤维快速预氧化研究[J]. 连峰,杨平,王芬,张家好,裴怀周,刘栋,仲桃. 高科技纤维与应用. 2019(05)
[6]基于阻抗匹配原则多层吸波材料研究进展[J]. 耿铁,李富龙,王心超,惠俊霞,袁鱼滔,王仕琪. 河南建材. 2019(05)
[7]新型MXene复合吸波材料研究进展[J]. 淳道勇. 广州化工. 2019(15)
[8]泡沫金属电磁屏蔽性能的研究进展[J]. 邹田春,胡春玲,谢明睿,成莹. 热加工工艺. 2019(16)
[9]雷达吸波材料反射率测试技术概述[J]. 王超杰,刘永峙,宋宇华,于万增,厉宁,郭宇. 新材料产业. 2019(07)
[10]电磁屏蔽材料的屏蔽机理及现状分析[J]. 陆颖健,严明,高屹. 价值工程. 2019(01)
博士论文
[1]碳化硅及其复合材料的制备与电磁波吸收性能研究[D]. 牛芳旭.山东大学 2019
[2]高性能碳基电磁屏蔽及吸波材料的研究[D]. 席嘉彬.浙江大学 2018
本文编号：3291421
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：161 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
Ti3AlC2剥离过程示意图[27]
透稍锍尚椭票赋龈髦指餮?男巫矗?蛘呓?湎∈秃笸吭诨?纳匣竦?导电涂层。在刻蚀过程中，研究发现有阳离子和水分子进入层间，使得这种方法获得的Ti3C2Tx的晶格间距相比HF刻蚀得到的Ti3C2Tx的晶格间距有所扩大，对应的XRD光谱中(0002)晶面的衍射峰向小角度移动。图1-2b显示在制备Ti3C2Tx样件过程中，干燥后样品会发生收缩变形现象。研究表明，干燥后获得的固体具有极好的导电性，其电导率可到1500Scm-1。此外，将这种黏土特性的Ti3C2Tx用于超级电容器，发现其在H2SO4电解液中具有极高的体积电容。图1-2Ti3C2TxMXene粘土合成原理图和电极制备[50]a)Ti3AlC2在酸和氟盐溶液中被刻蚀，b)左图是干燥后的样品(显示横截面和俯视图)，右图是带有水分的样品；c)被辊压的样品；d)“黏土”塑造成的字母M(约1cm)Figure1-2SchematicofTi3C2TxMXeneclaysynthesisandelectrodepreparation[50]a)Ti3AlC2isetchedinasolutionofacidandfluoridesalt,b)theleftisdriedsamples(showingcross-sectionandtopview)andtherightarehydrated,c)imageofarolledfilm.d)“Clay”shapedintotheletterM(1cm)随后，经过众多学者的不断努力，陆续开发出制备剥离结构(又称少层结构或分层结构）的d-Ti3C2Tx(delaminatedTi3C2Tx)，其中最为常用的制备方法为MILD(minimallyintensivelayerdelamination)法[51,52]，该法也是采用HCl和LiF原位刻蚀Ti3AlC2，但是各物质的摩尔当量与制备黏土型Ti3C2Tx时略有不同。MILD法可以大量的制备出层数较少的片状d-Ti3C2Tx，而d-Ti3C2Tx由于层数很少，甚至具有单层的结构，厚度在几纳米之间，赋予了d-Ti3C2Tx优异的成膜能力。不仅如此，少层Ti3C2Tx比多层Ti3C2Tx具?
哈尔滨工业大学工学博士学位论文-6-过范德瓦尔斯相互作用可以自动自组装到Ti3C2Tx的表面，得到类似胶束的异质结构。制备的SnO2或TiO2/MXene复合材料由于两种粒子之间的协同效应使得由其作为电极的锂离子电池具有良好的电化学性能。图1-3Ti3C2Tx/CNF杂化颗粒的制备原理图[58]Figure1-3SchematicshowingthepreparationofTi3C2Tx/CNFhybridparticles[58]除了用于锂离子电池的电极之外，Ti3C2Tx还广泛用于钠离子电池电极。Zhao等人[60]通过将Ti3C2Tx纳米片自组装的方法附着在PMMA微球上，获得球形的Ti3C2Tx，在450℃下煅烧后获得空心Ti3C2Tx微球。如果将Ti3C2Tx/PMMA复合微球水分散液进行减压抽滤，将获得Ti3C2Tx/PMMA自支撑薄膜，在450℃下煅烧除去PMMA，最终制备了具有3D结构的Ti3C2Tx薄膜。该薄膜在钠离子电池电极方面，具有比Ti3C2Tx薄膜、Ti3C2Tx/CNTs复合薄膜更优秀的储能容量、倍率性能和循环稳定性能。Guo等人[61]利用溶液相法制备了一种Sb2O3/Ti3C2Tx复合材料用来增强钠离子电池的电化学性能。制备的Sb2O3/Ti3C2Tx复合材料具有异质结构，Sb2O3纳米颗粒均匀地嵌在Ti3C2Tx的三维网络中。Ti3C2Tx网络为钠离子和电子提供了高效的传输路径。作为钠离子电池的负极材料，Sb2O3/Ti3C2Tx杂化电极具有优异的结构稳定性和电化学性能。总而言之，Ti3C2Tx基电池电极在离子电池领域具有极高的储能容量、良好的循环稳定性和结构稳定性，是一种性能优异的电池电极材料。不仅如此，Ti3C2Tx基离子电池的储存性能取决于多种因素，可以通过功能基团改性、表面修饰、粒子复合和结构重塑等多个方面进行调控，使材料的能量密度达到所需条件下的最优
【参考文献】：
期刊论文
[1]2D MXenes as Co?catalysts in Photocatalysis: Synthetic Methods[J]. Yuliang Sun,Xing Meng,Yohan Dall’Agnese,Chunxiang Dall’Agnese,Shengnan Duan,Yu Gao,Gang Chen,Xiao?Feng Wang. Nano-Micro Letters. 2019(04)
[2]Ultrathin and Flexible CNTs/MXene/Cellulose Nanofibrils Composite Paper for Electromagnetic Interference Shielding[J]. Wentao Cao,Chang Ma,Shuo Tan,Mingguo Ma,Pengbo Wan,Feng Chen. Nano-Micro Letters. 2019(04)
[3]吸波复合材料的研究进展[J]. 于永涛,王彩霞,刘元军,赵晓明. 丝绸. 2019(12)
[4]基于MOFs的多孔碳材料在吸波方面的研究进展[J]. 马兴瑾,彭华龙,杨慧丽,刘崇波. 科学通报. 2019(31)
[5]基于低环化反应活化能的PAN纤维快速预氧化研究[J]. 连峰,杨平,王芬,张家好,裴怀周,刘栋,仲桃. 高科技纤维与应用. 2019(05)
[6]基于阻抗匹配原则多层吸波材料研究进展[J]. 耿铁,李富龙,王心超,惠俊霞,袁鱼滔,王仕琪. 河南建材. 2019(05)
[7]新型MXene复合吸波材料研究进展[J]. 淳道勇. 广州化工. 2019(15)
[8]泡沫金属电磁屏蔽性能的研究进展[J]. 邹田春,胡春玲,谢明睿,成莹. 热加工工艺. 2019(16)
[9]雷达吸波材料反射率测试技术概述[J]. 王超杰,刘永峙,宋宇华,于万增,厉宁,郭宇. 新材料产业. 2019(07)
[10]电磁屏蔽材料的屏蔽机理及现状分析[J]. 陆颖健,严明,高屹. 价值工程. 2019(01)
博士论文
[1]碳化硅及其复合材料的制备与电磁波吸收性能研究[D]. 牛芳旭.山东大学 2019
[2]高性能碳基电磁屏蔽及吸波材料的研究[D]. 席嘉彬.浙江大学 2018
本文编号：3291421
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