2D/2D MoS2/Ti3C2Tx基纳米复合材料制备及吸波性能研究

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随着科学技术的发展,军用及民用领域对轻量化、宽频带、强吸收的新型吸波材料的需求越来越迫切。二维纳米材料具有比表面积大、官能团丰富、表面化学基团可调等特征,成为目前吸波材料研究的热点。本文以二维Mo S2和Ti3C2Tx为研究对象,通过调控Mo S2和Ti3C2Tx的组分比例、引入第三相、微波辅助加热等手段,获得了一系列“薄、轻、宽、强”的纳米复合吸波材料。主要内容和研究结果如下:(1)以传统氢氟酸刻蚀法制备了二维Ti3C2Tx材料。在200 oC,15 h水热条件下,分别获得Ti O2/Ti3C2Tx层状结构纳米复合材料与Mo S2纳米球,对其在2~18 GHz范围内的微波响应特性研究发现:二维Ti3C2Tx材料具有较强的反射特征,水热反应后,Ti O2的存在提高了其阻抗匹配性,从而使Ti O2/Ti3C2Tx纳米复合材料的微波吸收性能有所提高。在3.0 mm的吸波层厚度下,Mo S2-60wt%样品具有-11.2 d B的反射损耗极值,同时,其有效吸波带宽为1.8 GHz。(2)采用上述水热条件,制备了不同Mo S2含量的Mo S2/Ti O2/Ti3C2Tx复合材料,结果发现:Mo S2纳米片垂直生长在Ti3C2Tx层间和表面,Ti O2晶体主要分布在层边缘。当Mo S2与Ti3C2Tx的理论质量比为1:1,Mo S2/Ti O2/Ti3C2Tx复合材料的质量分数为60wt%时,得到了薄涂层(1.0 mm)、宽频带(3.0 GHz)、强吸收(-30.7 d B)的轻质吸波材料。其优异的吸波性能一方面来自于Ti3C2Tx的多层结构对入射波的多重反射和散射;另一方面,Mo S2和Ti O2优化了阻抗匹配,形成了大量缺陷和异质界面,强化了偶极子极化和界面极化行为,进而增强了极化损耗;同时,Ti3C2Tx的导电损耗也起到重要的作用。(3)在上述研究的基础上,通过引入纳米碳,制备了C/Mo S2/Ti3C2Tx复合材料。当葡萄糖的添加量为200 mg时,C/Mo S2/Ti3C2Tx复合材料的吸波性能达到最优:1.5 mm厚度下,反射损耗极值高达-42.7 d B;1.0 mm厚度下,其有效吸波带宽达到3.2 GHz,这是由于碳材料的引入,能够有效增强电导损耗,诱发偶极子和界面极化、多重反射吸收等机制,显著提升了材料的微波吸收性能。(4)传统水热法由于耗时长,Ti3C2Tx易氧化,因此,采用微波辅助水热技术,在800 W功率,200 oC水热条件下,保温30 min快速制备了Mo S2/Ti3C2Tx复合材料。当Mo S2与Ti3C2Tx的理论质量比为6:1时,Mo S2/Ti3C2Tx纳米复合材料具有最佳的吸波性能:厚度2.0 mm时,反射损耗极值达到-41.5 d B,频带宽度为3.6 GHz。
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