二维材料Ti3C2Tx制备、性能及纺织应用

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自从2011年通过刻蚀 Ti3AlC2制备得到Ti3C2Tx以来,二维材料Ti3C2Tx受到了广泛的关注和研究。Ti3C2Tx丰富的化学性质和独特的形态,以及良好的电子传导性,使其成为许多应用的有力候选者。本文通过化学液相刻蚀的方法成功制得 Ti3C2Tx,并将其与纺织技术相结合,制得了一种轻便的吸波型电磁屏蔽织物和一种去除水中阳离子污染物的复合纤维。
  为了更好的利用Ti3C2Tx,通过HCl和LiF混合刻蚀Ti3AlC2,研究盐酸浓度,刻蚀时间和插层试剂对Ti3C2Tx微观形貌、物相和官能团的影响规律。最终得到最佳工艺:1 g Ti3AlC2和20 ml盐酸(12 mol/L)与1 g LiF在35℃反应24 h,并用二甲基亚砜(DMSO)作为插层试剂,成功得到二维的纳米片层Ti3C2Tx。发现并研究了pH值对Ti3C2Tx水溶液的团聚影响。Ti3C2Tx的边缘和表面含有官能团-OH,-F,表面带负电荷。当溶液的 pH 值不同时,Ti3C2Tx 表面的电荷覆盖情况也会随之改变,进而影响其在溶液中的团聚情况。研究发现pH=3等点电,pH=7为中性的时候Ti3C2Tx溶液最稳定。
  结构对电磁屏蔽性能有着重要的影响。通过调控Ti3C2Tx溶液的pH 值和引入海藻酸钠来控制 Ti3C2Tx 片层的团聚行为,从而得到不同膜结构的电磁屏蔽织物。研究不同膜结构对电磁屏蔽性能的影响,最终得到密度仅有0.2 g/cm3,在X波段微波吸收性能SEA=15.06 dB和微波反射性能SER=8.36 dB,总电磁屏蔽性能达到23.52 dB,电导率16.27 S/m的一种轻而多孔的吸波型电磁屏蔽织物。
  将二维Ti3C2Tx纳米片与海藻酸钠复合,通过湿法纺丝制备复合纤维。通过研究复合纤维Ti3C2Tx的含量,研究了其对铜离子和亚甲基蓝(MB)的去除性能,结果表明Ti3C2Tx提升了海藻酸纤维吸附性能。给出了等温吸附模型,通过比较Langmuir 与 Freundlich吸附等温模型的拟合情况,证明对于不同污染物,复合纤维存在多种吸附行为,并对吸附机理进行了解释。
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