本發(fā)明屬于吸波材料制備領域，具體涉及一種本征磁性mxene材料及其制備方法和應用。

背景技術：

1、隨著雷達探測和通訊技術的迅猛發(fā)展，電磁波技術為現代生活提供大量便利的同時，也帶來了嚴重的電磁輻射、電磁信息泄露和電磁污染等一系列嚴重問題，開發(fā)高效電磁波吸收材料是解決上述日益嚴重的電磁問題的有效途徑之一。

2、mxene材料憑借其輕質、優(yōu)良的化學穩(wěn)定性和顯著的介電損耗特性，在電磁波吸收領域引起了廣泛關注。然而，現有的單組分mxene材料由于缺乏磁損耗、阻抗不匹配以及衰減能力不足，導致其吸波性能較差。以mxene材料為基底，與磁性顆粒復合是解決上述問題的常用策略。然而，磁性顆粒/mxene復合吸波材料的設計多基于半經驗規(guī)則，缺乏對反應過程中組分、界面和缺陷的精確調控。此外，由于制備工藝的限制，磁性顆粒容易團聚，進一步限制了吸波性能的提升。因此，調控單組分mxene材料的本征磁性，為有效提升其吸波性能提供了一種新思路和新途徑。

技術實現思路

1、為了解決上述現有技術的問題，本發(fā)明提供一種本征磁性mxene材料及其制備方法和應用，在不引入磁性納米粒子的前提下，設計并開發(fā)了單組分的純mxene電磁波吸收材料。通過向mxene中晶格中引入缺陷，激活mxene的本征鐵磁性，增強磁損耗，實現阻抗匹配。為調控mxene的磁性、提升其電磁波吸收性能提供新思路和新策略。

2、本發(fā)明通過以下技術方案實現：

3、本發(fā)明提供一種本征磁性mxene材料的制備方法，包括以下步驟：

4、s1，將mxene的水溶液與堿性試劑混合，超聲分散，得到混合分散液；將混合分散液采用液氮冷凍成固體；所述堿性試劑為氫氧化鉀或氫氧化鈉；

5、s2，將所得固體進行冷凍干燥，得到阿基米德螺旋型mxene氣凝膠；

6、s3，將阿基米德螺旋型mxene氣凝膠在惰性氣體保護下進行熱處理，得到本征磁性mxene材料。

7、優(yōu)選的，s1中，mxene與堿性試劑的質量比為(70～50):(30～50)。

8、優(yōu)選的，s1中，所述mxene為ti3c2tx。

9、優(yōu)選的，s1中，所述mxene的水溶液通過如下方法制備得到：

10、(1)將濃hcl和lif混合后，加入ti3alc2；將所得混合物在攪拌條件下進行刻蝕；

11、(2)蝕刻結束后，對所得溶液進行離心洗滌，除去上清液，收集所得沉淀，獲得多層ti3c2tx；

12、(3)剝離階段：將多層ti3c2tx加入水中，超聲分散，離心，收集上清液，得到mxene的水溶液。

13、優(yōu)選的，s1中，超聲分散的時間為10～30min。

14、優(yōu)選的，s2中，冷凍干燥的條件為：真空度為3～15pa，溫度為-30～-25℃，時間為40～60h。

15、優(yōu)選的，s3中，熱處理溫度為200～700℃，時間為1～5h。

16、本發(fā)明還提供采用如上所述的制備方法得到的本征磁性mxene材料，所述本征磁性mxene材料的形貌為一維阿基米德螺旋型結構。

17、優(yōu)選的，所述本征磁性mxene材料的最小反射損耗rl為-51.15～-63.50db。

18、本發(fā)明還提供所述的本征磁性mxene材料作為吸波材料在電磁防護方面的應用。

19、與現有技術相比，本發(fā)明具有如下的有益效果：

20、本發(fā)明基于氫氧化鉀輔助液相自組裝和冷凍干燥技術，構筑了一維阿基米德螺旋型mxene。二維mxene的拓撲形變受到范德華相互作用和彈性勢壘的影響，冰晶升華誘導mxene納米片發(fā)生卷曲：在液相自組裝中，鉀金屬陽離子所帶的正電荷與mxene納米片表面的負電荷產生靜電相互作用，屏蔽了mxene納米片表面的部分負電荷，減小mxene納米片層之間的靜電排斥作用，促進了mxene自組裝。當混合溶液浸沒于液氮中進行冷凍，在冰晶的沖擊下，mxene納米片被推動，垂直于底部，形成垂直排列的陣列。經過冷凍干燥過程，冰晶升華誘導二維mxene納米片發(fā)生形變，生成一維阿基米德螺旋型mxene。隨后的高溫熱解活化過程中，氫氧化鉀對mxene進行刻蝕，產生缺陷。這些缺陷破壞了mxene原子排列的對稱性，使mxene晶格中出現未配對的自旋，并引入了局域磁矩，從而在材料中誘導出磁性。得益于阿基米德螺旋型mxene的獨特層級結構，位于相鄰層的缺陷實現了層間耦合，在不增加缺陷密度、不損失介電性能的前提下提升了磁性。并且，一維阿基米德螺旋型mxene狹窄層間可形成吸收陷阱，促進電磁波的多重反射，其特殊的三維多孔結構使得電磁波在結構中多次反復散射與反射，延長電磁波的傳輸路徑，從而有效提高材料的電磁波吸收性能。綜上，本發(fā)明在不引入磁性納米粒子的情況下，制備出了鐵磁性mxene，實現了穩(wěn)定的室溫鐵磁性，增強了純mxene材料的磁損耗能力，調節(jié)了其本征電磁參數。衍生的磁共振產生的電磁耦合，優(yōu)化了阻抗匹配，使得所得材料表現出優(yōu)異的電磁波吸收能力。

21、進一步的，本發(fā)明通過控制熱處理溫度，可實現對mxene材料磁性大小的有效調控。

22、本發(fā)明得到的mxene材料具有本征磁性，表現出優(yōu)異的電磁波吸收能力，為有效提升其吸波性能提供了一種新思路和新途徑。

技術特征：

1.一種本征磁性mxene材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據權利要求1所述的本征磁性mxene材料的制備方法，其特征在于，s1中，mxene與堿性試劑的質量比為(70～50):(30～50)。

3.根據權利要求1所述的本征磁性mxene材料的制備方法，其特征在于，s1中，所述mxene為ti3c2tx。

4.根據權利要求1所述的本征磁性mxene材料的制備方法，其特征在于，s1中，所述mxene的水溶液通過如下方法制備得到：

5.根據權利要求1所述的本征磁性mxene材料的制備方法，其特征在于，s1中，超聲分散的時間為10～30min。

6.根據權利要求1所述的本征磁性mxene材料的制備方法，其特征在于，s2中，冷凍干燥的條件為：真空度為3～15pa，溫度為-30～-25℃，時間為40～60h。

7.根據權利要求1所述的本征磁性mxene材料的制備方法，其特征在于，s3中，熱處理溫度為200～700℃，時間為1～5h。

8.采用權利要求1～7任一項所述的制備方法得到的本征磁性mxene材料，其特征在于，所述本征磁性mxene材料的形貌為一維阿基米德螺旋型結構。

9.根據權利要求8所述的本征磁性mxene材料，其特征在于，所述本征磁性mxene材料的最小反射損耗rl為-51.15～-63.50db。

10.權利要求8所述的本征磁性mxene材料作為吸波材料在電磁防護方面的應用。

技術總結
本發(fā)明提供一種本征磁性MXene材料及其制備方法和應用，所述制備方法包括：S1，將MXene的水溶液與堿性試劑混合，超聲分散，得到混合分散液；將混合分散液采用液氮冷凍成固體；所述堿性試劑為氫氧化鉀或氫氧化鈉；S2，將所得固體進行冷凍干燥，得到阿基米德螺旋型MXene氣凝膠；S3，將阿基米德螺旋型MXene氣凝膠在惰性氣體保護下進行熱處理，得到本征磁性MXene材料。本發(fā)明在不引入磁性納米粒子的前提下，設計并開發(fā)了單組分的純MXene電磁波吸收材料。

技術研發(fā)人員：石婷,樊志敏,曹寧寧,魏星元,王葉軍
受保護的技術使用者：哈爾濱智素未來科技有限公司
技術研發(fā)日：
技術公布日：2025/1/6