【摘 要】
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日益严重的电磁辐射污染是人类社会亟待解决的一大难题。电磁屏蔽（EMI）是减少或消除电磁波最有效的方法,对解决电磁多重衍射、电磁波干扰和电磁信息泄漏等问题具有重要意义。目前对于屏蔽体具有“轻,薄,宽,强”的强烈需求。二维过渡金属Ti3C2Tx因其自身优异的性能,成为一种极具潜力的电磁屏蔽材料,得到了广泛的研究关注和发展。本文主要以Ti3C2Tx型MXene为研究对象,通过对薄膜材料的制备、结构调控及
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日益严重的电磁辐射污染是人类社会亟待解决的一大难题。电磁屏蔽（EMI）是减少或消除电磁波最有效的方法,对解决电磁多重衍射、电磁波干扰和电磁信息泄漏等问题具有重要意义。目前对于屏蔽体具有“轻,薄,宽,强”的强烈需求。二维过渡金属Ti3C2Tx因其自身优异的性能,成为一种极具潜力的电磁屏蔽材料,得到了广泛的研究关注和发展。本文主要以Ti3C2Tx型MXene为研究对象,通过对薄膜材料的制备、结构调控及屏蔽效能（SE）测试,制备了轻质、灵活、高效的电磁屏蔽薄膜,主要研究工作内容如下:1、采用温和的HCl-LiF组合方式,成功刻蚀制备了多层Ti3C2Tx。通过引入有机溶剂DMSO处理后,经超声剥离得到了厚度约为1.7 nm的薄层纳米片,并将其配制成一定浓度的溶液后,真空辅助抽滤制备得到Ti3C2Tx薄膜。结果表明,经有机溶剂插层处理后薄层的层间距扩大,Ti3C2Tx片层表面含有更加丰富的羟基和氟基等官能团,同时Ti3C2Tx薄膜的电导率和屏蔽效能均高于未经DMSO处理的薄膜。在厚度仅为19μm时,插层处理的Ti3C2Tx薄膜电导率可以达到1274.52 S/cm,在X波段内EMI SE值可达59.37 dB,可以屏蔽99.999%以上的电磁波。2、为改善Ti3C2Tx薄膜的固有介电损耗和较差的阻抗匹配,在Ti3C2Tx薄层纳米片上采用一步水热法原位生长TiO2,设计并制备了 Ti3C2Tx/TiO2复合物,真空辅助抽滤所制备的Ti3C2Tx/TiO2薄膜继承了碳化钛层-层堆积、有序取向的结构,实现了 TiO2纳米粒子在薄层纳米片上良好的嵌入。电磁屏蔽性能测试表明,少量TiO2的生长对薄膜的EMI性能起到了显著的贡献,经过4个小时氧化反应的Ti3C2Tx/TiO2复合膜在11.26 GHz时具有68.98 dB的优异电磁屏蔽效能,同时对应22μm的轻质厚度。对损耗机制分析发现,TiO2相的生成形成强烈的界面极化作用,提高了材料介电常数,Ti3C2Tx/TiO2复合膜的SEA值均高于SER值,吸收损耗增加。3、采用逐层抽滤的方式,以铜纳米线膜为基层再将Ti3C2Tx纳米片导电网络沉积于其表面,制备了 Ti3C2Tx/CuNWs复合膜。水热还原得到的CuNWs形状规则、分布均匀、具有优异的长径比和较高的纯度,直径约为70-80 nm。Ti3C2Tx与CuNWs之间的协同作用使Ti3C2Tx与CuNWs浓度配比为10:3时,复合膜在8.36 GHz具有64.44 dB的最佳电磁屏蔽效果,此时薄膜厚度为34μm。
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