一种层状Ti3C2Tx/MXene负载FeCo纳米颗粒复合材料、制备方法及应用

本发明属于材料领域，特别提供一种层状ti3c2tx/mxene负载feco纳米颗粒复合材料、制备方法及应用。

背景技术：

1、频率位于0.1～10thz之间的太赫兹波由于具有超宽带光谱、低电子能量和光谱指纹等特点，广泛应用在医学成像、无线通信和安全检查等领域。太赫兹技术在带来便利的同时，电磁波污染对人类健康、环境发展和信息安全也造成了巨大影响。因此，研究人员对吸波领域的关注越来越多，使用理想的吸波材料可以达到吸收多余电磁波的效果。开发一种轻质量、薄厚度、低反射和宽有效吸收带宽的高性能太赫兹吸波材料显得尤为重要。

2、mxene是由过渡金属元素和碳化物或氮化物组成的二维材料，其化学式为mn+1xntx(n＝1，2，3)，其中m表示早期过渡金属元素(ti、mo或zr等)，x表示碳化物或氮化物，tx为表面基团(-oh、-f或-o等)。ti3c2tx作为最早合成的mxene而受到广泛关注，它是通过在ti3alc2中蚀刻al层元素而得到的。ti3c2tx/mxene具有独特的层状结构、优异的介电能力和丰富的表面基团，已被视为temw相互作用的理想替代材料，特别是丰富的表面基团为fe2+和co2+等金属离子提供了最合适的配体。ti3c2tx/mxene由于其优异的导电性和良好的太赫兹吸收性能而成为研究最广泛的mxene材料之一。feco合金是一种具有低矫顽力和高饱和磁化率的优异软磁物质，通过引入feco纳米颗粒一方面可以降低ti3c2tx/mxene本身的超高导电性。另一方面也有利于调节电磁参数和优化阻抗匹配。将ti3c2tx/mxene与其他磁性材料结合形成磁介电复合材料是实现电磁波吸收的有效途径。目前，尚未有过相关报道。

3、专利cn117362856a公开了一种电磁屏蔽复合材料及其制备方法，通过马来酸酐分别与苯乙烯和二乙烯基苯共聚制备聚合物核壳微球，随后通过丙酮洗脱微球模板核得到空心微球。将空心微球分散在水中后通过和mxene水分散液混合抽滤使空心微球加入到mxene片层间形成有利于电磁屏蔽的多级结构。但并未涉及吸波方面的应用。

4、专利cn114454573a公开了一种ti3c2tx/mxene/go异质膜及其制备方法和应用，该异质膜是由go层和ti3c2tx/mxene层依次交错堆叠形成的具有微观异质界面的三层结构薄膜，此ti3c2tx/mxene/go异质膜不仅具有较好的电磁屏蔽性能，go还可保护ti3c2tx/mxene不被氧化，使其具有长效性，能够应用于电磁屏蔽领域。同样也未涉及吸波方面的应用。

技术实现思路

1、合成层状ti3c2tx/mxene负载feco纳米颗粒复合材料在吸波方面，具有很大的应用前景，亟需开发和研究。

2、本发明采用静电自组装法将水热法制备的feco纳米颗粒和原位刻蚀法制备的ti3c2tx/mxene相结合，从而得到了层状结构的复合材料。因为灵活易控安全可靠的反应条件，可以大批量制备出不必后续处理、环境稳定、结构特别且介电性能可调的纳米复合材料，可用于太赫兹电磁波吸收。

3、本发明的目的在于提供一种将层状ti3c2tx/mxene负载feco纳米颗粒复合材料及其应用，即采用水热法、原位刻蚀法和静电自组装法制备feco纳米颗粒与ti3c2tx/mxene相结合的复合材料，该复合材料中，feco纳米颗粒成果负载到ti3c2tx/mxene材料的表面和层间，不必后续处理，且具有吸波的优异性能。

4、本发明技术方案如下：

5、层状ti3c2tx/mxene负载feco纳米颗粒复合材料，结构是由磁性纳米颗粒与褶皱特征的ti3c2tx/mxene构成的层状结构，在复合材料内部具有feco磁性纳米颗粒，feco磁性纳米颗粒被负载到ti3c2tx/mxene材料的层间和表面，从而磁性颗粒彼此分散。

6、所述复合材料结构中feco负载质量的百分含量为10～30wt.％。

7、所述复合材料结构中层间距为150～190nm；所述feco磁性纳米颗粒的直径为15～20nm。

8、本发明还提供了所述将磁性纳米颗粒与二维层状结构ti3c2tx/mxene相结合的复合材料的制备方法，首先将fe、co的硫酸盐和氯化盐通过水热法制备出feco球形纳米颗粒；其次以ti3alc2 max材料为前驱体通过hcl+lif原位刻蚀法制备出层状结构的ti3c2tx/mxene材料；最后采用静电自组装的方法将磁性纳米颗粒与二维层状结构ti3c2tx/mxene相结合从而得到复合材料。

9、解决了ti3c2tx/mxene复合材料制备的技术难题，使得制备工艺简单、操作方便、成本低廉、安全可靠。

10、其中：fe、co的硫酸盐和氯化盐质量比为1：4通过水热法得到feco纳米颗粒；

11、hcl+lif的混合溶液在搅拌器中搅拌0～1h，优选为0～0.5h，投入ti3alc2max前驱体后，三者在水浴锅中继续搅拌24～48h，优选24～36h，得到ti3c2tx/mxene材料；随后通过静电自组装方法将feco纳米颗粒与ti3c2tx/mxene相结合。

12、所述fe、co的硫酸盐和氯化盐分别为feso4·7h2o和cocl2·6h2o，且mfeso4·7h2o:mcocl2·6h2o＝1:4；所用原料ti3alc2前驱体和纯度为分析纯的feso4·7h2o和cocl2·6h2o；所述溶剂优选去离子水；采用搅拌器和水浴锅加热搅拌，搅拌器和水浴锅加热搅拌转速为300～500r/min。

13、本发明的有益效果为：

14、1、本发明采用静电自组装法将feco纳米颗粒和ti3c2tx/mxene相结合得到了层状结构的复合材料，设备简单、生产成本低、生产效率高、绿色无污染。

15、2、通过扫描电子显微镜和拉曼光谱表明采用所述方法制备得到的产品为层状结构的复合材料，其ti3c2tx/mxene材料的层间距为170nm，feco纳米颗粒为15～20nm；通过射线衍射(xrd)光谱进一步确定成功制备了复合材料。

16、3、所制备的将feco纳米颗粒和ti3c2tx/mxene相结合得到的层状结构的复合材料样品不需后续处理。

17、4、在170～220ghz范围内，采用本发明所述方法制备得到的产品由于feco纳米颗粒的引入有利于太赫兹波的多次反射和散射，复合材料在170～220ghz频段内都是一种高反射，低吸收的材料，吸收率在10～30％。

18、5、在0.2～3thz范围内，所述方法制备得到的产品同样具有吸波效果，吸收系数在100～150cm-1。

技术特征：

1.一种层状ti3c2tx/mxene负载feco纳米颗粒复合材料，其特征在于：所述层状ti3c2tx/mxene负载feco纳米颗粒复合材料的结构是，由磁性纳米颗粒与具备褶皱特征的ti3c2tx/mxene复合构成的层状结构，在复合材料内部具有feco磁性纳米颗粒，feco磁性纳米颗粒被负载到ti3c2tx/mxene材料的层间和表面。

2.按照权利要求1所述层状ti3c2tx/mxene负载feco纳米颗粒复合材料，其特征在于：所述复合材料结构中feco负载质量的百分含量为10～30wt.％。

3.按照权利要求1所述层状ti3c2tx/mxene负载feco纳米颗粒复合材料，其特征在于：所述复合材料结构的层间距为150～190nm；所述feco磁性纳米颗粒的直径为15～20nm。

4.一种如权利要求1所述层状ti3c2tx/mxene负载feco纳米颗粒复合材料的制备方法，其特征在于：首先将fe、co的硫酸盐和氯化盐通过水热法制备出feco球形纳米颗粒；其次以ti3alc2为前驱体通过hcl+lif原位刻蚀法制备出层状结构的ti3c2tx/mxene材料；最后采用静电自组装的方法制备出磁性纳米颗粒与二维层状结构ti3c2tx/mxene相结合的复合材料。

5.按照权利要求4所述的层状ti3c2tx/mxene负载feco纳米颗粒复合材料的制备方法，其特征在于：fe、co的硫酸盐和氯化盐质量比为1：4，通过溶剂热法得到feco纳米颗粒；hcl+lif的混合溶液在搅拌器中搅拌0～1h，投入ti3alc2前驱体后，三者在水浴锅中继续搅拌24～48h得到ti3c2tx/mxene材料；随后通过静电自组装方法将feco纳米颗粒与ti3c2tx/mxene相结合。

6.按照权利要求5所述的层状ti3c2tx/mxene负载feco纳米颗粒复合材料的制备方法，其特征在于：hcl+lif的混合溶液在搅拌器中搅拌优选为0～0.5h，投入ti3alc2前驱体后，三者在水浴锅中继续搅拌优选24～36h。

7.按照权利要求5所述的层状ti3c2tx/mxene负载feco纳米颗粒复合材料的制备方法，其特征在于：所述fe、co的硫酸盐和氯化盐分别为feso4·7h2o和cocl2·6h2o，且mfeso4·7h2o:mcocl2·6h2o＝1:4；所用原料ti3alc2前驱体和纯度为分析纯的feso4·7h2o和cocl2·6h2o；所述溶剂优选去离子水；采用搅拌器和水浴锅加热搅拌，搅拌器和水浴锅加热搅拌转速为300～500r/min。

8.一种权利要求1所述的层状ti3c2tx/mxene负载feco纳米颗粒复合材料在170～220ghz和0.2～3thz之间频段的吸波材料的应用。

技术总结
本发明涉及材料领域，提供一种层状Ti<subgt;3</subgt;C<subgt;2</subgt;T<subgt;x</subgt;/MXene负载FeCo纳米颗粒复合材料、制备方法及应用，采用静电自组装法将水热法制备的FeCo纳米颗粒和原位刻蚀法制备的Ti<subgt;3</subgt;C<subgt;2</subgt;T<subgt;x</subgt;/MXene相结合，从而得到了层状结构的复合材料，具有软磁性质的FeCo纳米颗粒负载在Ti<subgt;3</subgt;C<subgt;2</subgt;T<subgt;x</subgt;/MXene材料的层间和表面。FeCo纳米颗粒可对复合材料的介电性能进行调节，从而可在吸波领域广泛应用。本发明有益效果：设备简单、生产成本低、生产效率高、绿色无污染。复合材料在170～220GHz频段内都是一种高反射，低吸收的材料，吸收率在10～30％。在0.2～3THz范围内，所述方法制备得到的产品同样具有吸波效果，吸收系数在100～150cm<supgt;‑1</supgt;。

技术研发人员：李雕峰,马林,马嵩,柏春光,杨锐
受保护的技术使用者：中国科学院金属研究所
技术研发日：
技术公布日：2025/4/10