一种MXene/CNT和氧化海藻酸钠改性胶原复合气凝胶及其制备方法和应用

本发明属于功能材料，涉及复合气凝胶，具体涉及一种mxene/cnt和氧化海藻酸钠改性胶原复合气凝胶及其制备方法和应用。

背景技术：

1、近年来，电子设备的广泛使用给人们带来了极大的便利，但也带来了一系列的电磁干扰(emi)问题，这将对电子设备的运行产生严重的影响，并可能会危害人体健康。电磁屏蔽是消除电磁干扰最方便和最有效的方法，emi屏蔽是利用导电或磁性电磁屏蔽材料的固有特性来阻断电磁干扰源的传播路径，并且将电磁波反射或限制在电磁屏蔽材料内，从根源上消除电磁干扰问题。为了满足电子设备对轻质、高吸收损耗、和良好加工性能的emi屏蔽需求，气凝胶因其独特的结构能有效地吸收和耗散电磁波而被越来越多的研究人员重视。

2、传统的电磁屏蔽材料常用金属材料制成，但由于其价格高、加工困难、易腐蚀、密度大、易受金属本身二次反射污染等原因，限制了其在电磁屏蔽领域的应用。有研究表明将纳米材料作为填料或增强相代替金属材料组装成具有三维多孔网络结构的气凝胶材料，能够改善复合气凝胶的物理化学性能(例如电导率、密度、孔隙率和机械强度等)，并且可以提高复合气凝胶的emi屏蔽性能。目前，一维碳纳米管和二维mxene因重量轻、大比表面积和固有的电导率等优点而被广泛应用于emi屏蔽领域。此外，采用不同几何形状的混合导电填料，特别是一维和二维纳米填料，可以提高导电填料的分散性。随着全球资源的日益短缺，将可再生的生物质资源用作制备emi屏蔽材料将成为未来的发展趋势，将具有独特的三股螺旋结构的可再生胶原蛋白改性并与一维和二维纳米填料复合，有望制备出高电磁波的衰减能力的emi屏蔽材料。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种mxene/cnt和氧化海藻酸钠改性胶原复合气凝胶及其制备方法和应用，通过碳纳米材料对胶原气凝胶进行改性优化内部结构形成连续的导电网络，制备出具有优异的导电性能的复合气凝胶，应用于电磁干扰屏蔽领域实现高效的电磁屏蔽性能。

2、为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

3、一种mxene/cnt和氧化海藻酸钠改性胶原复合气凝胶的制备方法，包括以下步骤：

4、步骤一、制备单层或少层的mxene材料；

5、步骤二、按质量份数，取350～750份去离子水或磷酸盐缓冲液，向其中加入50～160份胶原、5～18份氧化海藻酸钠、50～140份步骤一制备的mxene和60～300份cnt形成混合溶液，混合溶液在-5～15℃温度下反应0.2～3h，然后将反应的混合溶液注入模具冷冻，随后冷冻干燥，得到mxene/cnt和氧化海藻酸钠改性胶原复合气凝胶。

6、本发明还具有以下技术特征：

7、优选的，步骤一所述的单层或少层的mxene材料的制备方法包括：

8、按质量份数，将25～85份的lif加入到30～110份9m的hcl溶液中，混合均匀后加入50～105份的max粉末进行化学刻蚀12～60h，反应完成后，离心洗剂，并超声分散，获得单层或少层的mxene溶液，随后冷冻干燥得到单层或少层的mxene材料。

9、进一步的，所述的max粉末包括ti3alc2、ti3alcn、ti3alc、ti3aln中的一种或多种，进行化学刻蚀后得到的mxene材料包括ti3c2tx、ti3cntx、ti2ctx中的一种或多种的混合物。

10、进一步的，所述的离心洗剂为使用去离子水反复离心洗涤10～40次，离心机转速为200～5000r/min。

11、进一步的，所述的超声分散为在200～1000w功率下，将沉淀物超声0.5～3h进行分散。

12、优选的，步骤二中所述的氧化海藻酸钠的醛基含量为2～10mmol/g，氧化度为20～80％。

13、优选的，步骤二中所述的cnt包括多壁碳纳米管、单壁碳纳米管、羧基化碳纳米管、氨基化碳纳米管中的一种或多种的混合物。

14、本发明还保护一种如上所述的方法制备的mxene/cnt和氧化海藻酸钠改性胶原复合气凝胶及其在电磁干扰屏蔽领域的应用。

15、本发明与现有技术相比，具有如下技术效果：

16、本发明以氧化海藻酸钠改性胶原为机体，mxene和碳纳米管为导电填料，通过mxene和cnt的协同作用，cnt作为导电的“桥”连接mxene纳米片，以点与面的接触构造一个导电通路，与氧化海藻酸钠改性胶原相互作用，内部连接成三维的片状结构，形成连续的导电网络，表现出增强电磁波与气凝胶相互作用的优势，构成屏蔽壁，改善了多次反射和散射，成为衰减入射电磁波的主要途径之一；

17、胶原蛋白是世界上最丰富的可再生生物质资源之一，胶原具有独特的三股螺旋结构，并具备丰富的电子偶极子和分子束缚电荷，是一种生物驻极体，在电磁场中可以被极化，本身就具备一定损耗电磁波的能力，通过氧化海藻酸钠改性的胶原，在胶原复合气凝胶中形成大量的微导电单元，并且提高胶原复合气凝胶的密度，改善气凝胶的孔洞结构，使得气凝胶具有高电导率，并引导大部分电磁波(emws)进入气凝胶内部，获得高效的emi屏蔽性能。

技术特征：

1.一种mxene/cnt和氧化海藻酸钠改性胶原复合气凝胶的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的mxene/cnt和氧化海藻酸钠改性胶原复合气凝胶的制备方法，其特征在于，步骤一所述的单层或少层的mxene材料的制备方法包括：

3.如权利要求2所述的mxene/cnt和氧化海藻酸钠改性胶原复合气凝胶的制备方法，其特征在于，所述的max粉末包括ti3alc2、ti3alcn、ti3alc、ti3aln中的一种或多种，进行化学刻蚀后得到的mxene材料包括ti3c2tx、ti3cntx、ti2ctx中的一种或多种的混合物。

4.如权利要求2所述的mxene/cnt和氧化海藻酸钠改性胶原复合气凝胶的制备方法，其特征在于，所述的离心洗剂为使用去离子水反复离心洗涤10～40次，离心机转速为200～5000r/min。

5.如权利要求2所述的mxene/cnt和氧化海藻酸钠改性胶原复合气凝胶的制备方法，其特征在于，所述的超声分散为在200～1000w功率下，将沉淀物超声0.5～3h进行分散。

6.如权利要求1所述的mxene/cnt和氧化海藻酸钠改性胶原复合气凝胶的制备方法，其特征在于，步骤二中所述的氧化海藻酸钠的醛基含量为2～10mmol/g，氧化度为20～80％。

7.如权利要求1所述的mxene/cnt和氧化海藻酸钠改性胶原复合气凝胶的制备方法，其特征在于，步骤二中所述的cnt包括多壁碳纳米管、单壁碳纳米管、羧基化碳纳米管、氨基化碳纳米管中的一种或多种的混合物。

8.一种如权利要求1至7中任一项所述的方法制备的mxene/cnt和氧化海藻酸钠改性胶原复合气凝胶。

9.一种如权利要求8所述的mxene/cnt和氧化海藻酸钠改性胶原复合气凝胶在电磁干扰屏蔽领域的应用。

技术总结
本发明公开了一种MXene/CNT和氧化海藻酸钠改性胶原复合气凝胶及其制备方法和应用，该制备方法以胶原为基体，MXene和碳纳米管为导电填料，通过冷冻干燥技术制备了具有电磁屏蔽性能的MXene/CNT和氧化海藻酸钠改性胶原复合气凝胶，改性胶原复合气凝胶内部三维连接的片状成为屏蔽壁，表现出增强电磁波与气凝胶相互作用的优势，改善了多次反射和散射，成为衰减入射电磁波的主要途径之一，通过MXene和CNT的协同作用，形成了良好的导电网络，并引导大部分电磁波进入改性胶原复合气凝胶内部，获得高效的EMI屏蔽性能，并且气凝胶的电磁屏蔽主要是以电磁波吸收为主。

技术研发人员：周建华,卢凯,刘瑛
受保护的技术使用者：陕西科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14