基于Ti3C2Tx MXene的陶瓷基吸波复合材料

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Ti3C2Tx MXene作为一种新型二维材料,具有导电性强、密度低、亲水性好,耐腐蚀性好,比表面积大、柔韧性好等优点,自发现以来就一直是复合材料领域的研究的热点,通过与Ti3C2Tx MXene复合可以很好的解决材料的导电性较低的问题,有效提高材料的力学性能,这些特点使其在电磁吸波领域有很大的应用潜力。然而Ti3C2TxMXene由于导电性过强,无法直接作为电磁波吸收材料,因此在Ti3C2Tx基体内引入第二相来提高电磁吸波性能是一种常见的提高电磁波吸收的一种方法,本文通过分别对Ti3C2Tx MXene的刻蚀和Ti3C2Tx MXene的复合进行研究,利用SPS烧结制备两种新型耐高温Ti3C2Tx复合材料,重点研究了材料的制备工艺、微观结构、电磁屏蔽性能和力学性能,研究表明,通过制备Ti3C2Tx复合材料可以显著提高材料的电磁屏蔽性能以及力学性能,为提供一种Ti3C2Tx高温领域的应用提供了一种可行的途径。本文主要研究内容如下:(1)对Ti3C2Tx MXene的刻蚀方法进行研究。通过CaF2/HCl原位合成HF酸法对Ti3Al C2进行刻蚀,得到一种新型三明治结构的Ti3C2TxMXene,通过调节刻蚀温度,反应物的质量比以及烧结温度来探究对Ti3C2TxMXene制备影响,研究发现,在65℃下,CaF2与Ti3C2Tx物质的量比为0.02:0.004和0.015:0.004时,制备出来的Ti3C2Tx/CaF2质量最好。其中CaF2与Ti3C2Tx物质的量比为0.02:0.004时制备的Ti3C2Tx/CaF2粉体的电磁吸波性能达到-46d B,经过SPS 700℃烧结后的块体材料的电磁屏蔽性能达到37d B,可以有效的阻挡超过99.9%的电磁波,通过提高烧结温度还可以有效提高材料的力学性能,其中CaF2与Ti3C2Tx物质的量比为0.02:0.004时制备的Ti3C2Tx/CaF2复合材料SPS 700℃烧结制备的复合材料具有最强的MSP强度,比650℃制备的复合材料提高了3.7%,CaF2与Ti3C2Tx物质的量比为0.015:0.004时,制备出来的Ti3C2Tx/CaF2复合材料SPS 700℃烧结制备的复合材料具有最强的维氏硬度,比650℃制备的复合材料增加了5%。(2)对Ti3C2Tx/AS材料进行研究,利用LiF/HCl原位合成HF酸的方法对Ti3Al C2进行刻蚀,并利用手摇剥离法制备出大的片状的Ti3C2Tx MXene,利用原位合成法制备Ti3C2Tx/EMT复合材料,最后利用SPS烧结制备Ti3C2Tx/AS复合材料,研究表明,Ti3C2Tx的含量对复合材料的吸波性能有重要的影响,当Ti3C2Tx质量为10%时,制备出来的复合材料具有最优异的电磁吸波性能,在2.08mm处达到最强电磁吸波值为-54d B,可以消耗超过99.999%的电磁波。通过比较,含有15%的Ti3C2Tx能够对基体的MSP强度有很大的提升,比基体材料提升了44%,杨氏模量提升了4.6%。(3)对Ti3C2Tx/Ni/AS材料进行研究,利用离子交换法,制备10%Ti3C2Tx/Ni/EMT,并通过SPS烧结制备10%Ti3C2Tx/Ni/AS复合材料,研究发现,Ni的加入可以有效的提高材料的电磁吸波性能,复合材料在1.18mm处的具有最强的电磁吸波值为-68.21dB,比基体吸波性能增加了-14.21 dB。
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