本發(fā)明屬于電磁波吸收材料，具體來講，涉及一種具有高電磁波吸收能力的nise2/nc/mxene復合材料及其制備方法。

背景技術：

1、隨著社會文明的進步，以電磁波為依托的移動通信、衛(wèi)星通信、無線網(wǎng)絡等設備的廣泛應用，極大地改善了人類的生活和服務。然而，在這些便利的同時，電磁波輻射對環(huán)境的影響也越來越受到關注。這種影響包括干擾附近精密設備的操作、以及由于長期暴露于電磁場而對人體免疫和感覺系統(tǒng)造成的潛在危害。電磁波污染已然成為繼噪聲、空氣、水污染之后的第四大環(huán)境問題。

2、電磁波吸收材料可有效減少電磁波污染。目前，電磁波吸收材料的研究主要集中在碳基電磁波吸收材料、mof衍生基電磁波吸收材料、環(huán)氧基電磁波吸收涂層。電磁波的衰減機制主要包括介質損耗和磁損耗。然而，高密度和較差的熱穩(wěn)定性是限制磁損耗材料應用的重要因素。

3、金屬有機骨架(mof)作為一類由金屬離子與有機配體通過配位鍵自組裝而形成的多孔晶體材料在微波吸收應用中具有很大的前景，然而，mof的導電性和穩(wěn)定性較差，這限制了它們的潛在用途。mxene作為一類新型的二維納米材料，具有高導電性、大比表面積、優(yōu)異的力學性能和良好的熱穩(wěn)定性，因此可以和mof材料結合使用，運用兩者組成和結構上的優(yōu)勢，使所得到的復合材料成為一種性能卓越的電磁波吸收材料。

4、然而，當前針對mof-mxene復合材料的研究中，仍會存在電磁波吸收性能不夠高的問題。因此，關于mof-mxene復合材料還需進一步的改進研究。

技術實現(xiàn)思路

1、針對現(xiàn)有技術中mof-mxene復合材料所存在的電磁波吸收性能不夠高的問題，本發(fā)明公開了一種優(yōu)化的方法來制備mof衍生材料與mxene的復合材料，其通過提升mof衍生材料及mxene的比表面積、以及特別的硒化和碳化操作，保證了最終獲得的復合材料具有極優(yōu)的電磁波吸收性能，具有平衡的阻抗匹配。

2、一種nise2/nc/mxene復合材料的制備方法，其包括下述步驟：

3、s1、ti3c2tx-mxene納米線的制備；

4、以多層ti3c2tx-mxene作為原料，采用有機溶劑作為插層劑，對多層ti3c2tx-mxene進行插層處理，獲得單層ti3c2tx-mxene；采用堿液蝕刻該單層ti3c2tx-mxene，獲得ti3c2tx-mxene納米線；

5、s2、ni?mof-ti3c2tx?mxene的制備；

6、將鎳鹽與mof的含氮配體在分散劑的作用下于混合溶劑中充分混合，并將ti3c2tx-mxene納米線浸泡其中，待充分混合后，將獲得的混合液體進行微波反應，反應產(chǎn)物經(jīng)冷卻、分離獲得沉淀，沉淀經(jīng)洗滌、干燥，獲得具有花狀形貌的ni?mof-ti3c2tx?mxene；

7、s3、nise2/nc/mxene復合材料的制備；

8、將ni?mof-ti3c2tx?mxene與硒粉混合研磨，并將獲得的混合物在保護氣氛下在300℃～900℃下保溫0.5h～3h，獲得nise2/nc/mxene復合材料。

9、在上述nise2/nc/mxene復合材料的制備過程中，其一，利用堿液蝕刻制備納米線，可以增大mxene材料的比表面積，產(chǎn)生更多的介孔結構，從而當該復合材料在應用時，為電磁波的反射和散射提供大量的活性位點，提高電磁波性能。其二，通過調控鎳鹽、mof的含氮配體及ti3c2tx-mxene納米線的相對用量，保證形成的ni?mof均勻分散在mxene納米線上、且原位生長獲得的ni?mof呈花狀形貌，而花狀形貌的ni?mof具有極大的比表面積而有助于優(yōu)化阻抗匹配、降低密度，并促進電磁波的多次反射和散射，從而能夠有效地吸收和衰減電磁波，提高其吸波性能。其三，通過將ni?mof分別進行硒化和碳化，一方面對ni?mof進行硒化，可以形成金屬硒化物，從而增強導電性，有利于電磁波吸收；另一方面，對ni?mof進行碳化，可使其衍生出ni組分和n摻雜c組分的多組分結構，不僅創(chuàng)造出結構缺陷，而且被還原而成的ni單質還保證了磁性，從而有利于提高復合材料的導電性，提高電磁波衰減能力。

10、一般地，在步驟s1中，多層ti3c2tx-mxene可通過市售渠道購買獲得，也可采用自行制備的方式獲得，此處不作特別限定。

11、當采用自行制備方式獲得時，一般為采用氫氟酸蝕刻ti3alc2直至其中al原子層被蝕刻去除。

12、具體地，可通過將1g～5g金屬氟化物與20ml～80ml?7mol/l～10mol/l無機酸混合而制得氫氟酸；在此基礎上，對應可蝕刻1g～5g?ti3alc2粉末。過少的金屬氟化物、過少的無機酸、以及過多的ti3alc2粉末，均會導致ti3alc2中的al原子層未被完全蝕刻去除，從而難以形成具有多層結構的ti3c2tx-mxene；而過多的金屬氟化物、過多的無機酸、以及過少的ti3alc2粉末，又會導致過度蝕刻而造成ti3alc2結構的破壞。

13、上述金屬氟化物可以選自bef2、lif、alf3、znf3、pbf2等常規(guī)用于制備氫氟酸的氟化物中的任意一種，而相應無機酸可以選自鹽酸、硝酸、硫酸等可用于制備氫氟酸的酸中的任意一種，此處均不再贅述。

14、一般地，在步驟s1中，作為插層劑的有機試劑選自甲醇、乙醇、異丙醇中的任意一種；當然，也可以選自其他任意能夠對多層ti3c2tx-mxene實現(xiàn)插層作用的有機試劑。

15、一般地，在步驟s1中，通過將插層劑與多層ti3c2tx-mxene的混合溶液進行超聲分散0.5h～5h來進行插層處理。

16、一般地，在步驟s1中，用于蝕刻單層ti3c2tx-mxene的堿液選自氫氧化鈉、氫氧化鉀、氫氧化鋇、氫氧化鈣中的任意一種；當然，也可以選自其他任意能夠對ti3c2tx-mxene材料實現(xiàn)蝕刻的堿液，以獲得ti3c2tx-mxene納米線，此處不再一一贅述。

17、具體地，在步驟s2中，鎳鹽、mof的含氮配體及ti3c2tx-mxene納米線的用量配比為：至少0.1mmol鎳鹽、至少0.2mmol?mof的含氮配體及20mg～100mg?ti3c2tx-mxene納米線。

18、更少的鎳鹽或mof的含氮配體，均會導致無法形成ni?mof材料。在該基礎上，更少的ti3c2tx-mxene納米線會導致獲得的復合材料的導電性較低、節(jié)點損耗性能不良；而更多的ti3c2tx-mxene納米線雖然能提升導電性、增強介電損耗吸能，但又會造成阻抗匹配性能較差，而導致電磁波吸收性能不良。

19、優(yōu)選地，鎳鹽的用量為0.1mmol～0.6mmol、mof的含氮配體的用量為0.2mmol～2.2mmol，以防止過多的鎳鹽和mof的含氮配體造成浪費。

20、一般地，鎳鹽選自硝酸鎳、氯化鎳、氨基磺酸鎳、硫酸鎳中的任意一種，用以為后續(xù)生成的ni?mof材料提供豐富的ni離子；當然，也可以選自其他任意能夠為ni?mof的制備提供ni離子的鎳鹽，此處不再一一贅述。

21、一般地，mof的含氮配體選自1,2,4,5-四(3-吡咯基)苯、1,2,4,5-四吡咯基苯、馬來酰肼中的任意一種，用以為后續(xù)生成的ni?mof材料提供與ni離子配位的原子；當然，也可以選自其他任意能夠為ni?mof的制備提供與ni進行配位的配體的物質，此處不再一一贅述。

22、在上述ti3c2tx-mxene納米線的用量的基礎上，一般采用0.1g～0.8g分散劑及5ml～50ml混合溶劑即可保證形成的呈花狀形貌的ni?mof材料均勻分散于ti3c2tx-mxene納米線上。

23、優(yōu)選地，分散劑選自pvpk25、pvpk30、pvpk45等pvp類，或聚乙烯吡咯烷酮等市售成熟分散劑產(chǎn)品。

24、一般地，混合溶劑選自二甲基甲酰胺、無水乙醇等任意市售成熟的常規(guī)溶劑介質與水按照1:1～1:6的體積比混合而成的混合液。

25、一般地，ti3c2tx-mxene納米線的浸泡時間為3h～8h即可，以平衡ni離子在ti3c2txmxene納米線上吸附率和吸附效率。

26、具體地，在步驟s2中，微波反應的條件為：溫度為100℃～180℃、功率為100w～250w、時間為5min～30min。

27、過低的微波反應溫度及功率、以及過短的微波反應時間，將導致無法生成ni?mof材料；而過高的微波反應溫度及功率、以及過長的微波反應時間，則又會導致生成的ni?mof材料呈現(xiàn)片狀結構，而并非花狀形貌，從而限制了最終獲得的復合材料的應用效果。

28、具體地，在步驟s3中，ni?mof-ti3c2tx?mxene與硒粉按照1:1～6:1的質量比混合研磨。

29、硒化的目的是讓部分ni單質生成金屬硒化物，更多的硒粉會導致過量的ni單質轉化為金屬硒化物，從而導致獲得的復合材料的導電性過強，不利于電磁波吸收；而更少的硒粉又會導致生成的金屬硒化物較少，從而導致增加的導電性過弱，也不利于電磁波吸收。

30、與此同時，在保溫過程中，更低的溫度以及更短的時間，將導致獲得的復合材料碳化程度偏低，從而影響其導電損耗，降低電磁波吸收性能；而更高的溫度以及更長的時間，又會導致碳化程度過高，而不利于產(chǎn)生結構缺陷，最終不利于獲得的復合材料的電磁波吸收性能。

31、一般地，在步驟s3中，采用0.2℃/min～5℃/min的升溫速率，將混合物升溫至300℃～900℃進行保溫即可，以保證合適的升溫時間及穩(wěn)定的微觀結構。

32、一般地，在步驟s3中，保護氣氛采用氮氣或氬氣即可。

33、本發(fā)明還提供了一種基于上述制備方法獲得的nise2/nc/mxene復合材料，其包括ti3c2tx-mxene納米線及均勻分布于其表面的呈花狀形貌的nise2/nc復合材料。

34、該nise2/nc/mxene復合材料，其一，其中mxene部分呈現(xiàn)納米線結構，其相對于一般mxene部分中的二維納米結構，因具有更大的比表面積，而保障了該復合材料在應用過程中，能夠為電磁波的反射和散射提供大量的活性位點，而提高電磁波性能。其二，作為nise2/nc部分的前驅體——ni?mof，因具有的特定花狀形貌，更有利于優(yōu)化阻抗匹配，從而能夠有效地吸收和衰減電磁波，提高其吸波性能。其三，由具有花狀形貌的ni?mof前驅體原位硒化及碳化形成的nise2/nc，一方面，硒化可形成金屬硒化物，從而增強導電性，有利于電磁波吸收；另一方面，在碳化過程中，單組分結構的ni?mof衍生出了ni組分和n摻雜c組分的多組分結構，創(chuàng)造出的結構缺陷更有利于提高改復合材料的導電性，從而提高電磁波衰減能力；并且，上述硒化和碳化過程并未完全破壞其前驅體的花狀形貌，僅產(chǎn)生了略微的坍塌，保留了大比表面積的優(yōu)勢，而較高溫度下保持一定時間，也形成了三維多孔網(wǎng)絡結構，增強了界面極化和磁損失能力。

35、另外，上述碳化過程，使得單組分的ni?mof轉化為含有ni組分和n摻雜c組分的多組分體系，其一，獲得的單質ni組分相較ni的氧化物等其他含鎳組分，具有更強的磁性，從而吸波性更好；其二，獲得的n摻雜c組分相較未摻雜的單純納米多孔碳等組分，其中n替換了部分c，形成了更多的結構缺陷，從而導電性更強。

36、本發(fā)明提供的上述nise2/nc/mxene復合材料，在預定的測試條件下(與石蠟按照1:3～1:8的質量比混合均勻并壓制成外徑7.00mm、內徑3.04mm的同軸圓環(huán)狀)具有優(yōu)異的電磁波吸收性能：在匹配厚度1.5mm～5.5mm的條件下，在有效吸收頻率2ghz～18.00ghz范圍內，最小反射損耗可高達-33.67db～-58.46db，有效吸收頻寬達到2.3ghz～5.68ghz，具有平衡的阻抗匹配。