一种TiO2/Ni3Fe/Ti3C2Tx/C气凝胶

本发明涉及一种tio2/ni3fe/ti3c2tx/c气凝胶，具体属于微波吸波材料。

背景技术：

1、如今，随着5g/6g通信和无线技术的加速发展，电磁波污染愈演愈烈。一些国家的军事紧张局势上升，国防和安全变得越来越重要。因此，开发优异的吸波材料来解决这些问题势在必行。现今，强吸收、宽频、薄厚度、低填充率的先进吸波材料更应该受到关注，这需要特殊的形态结构与各组分之间的协同作用。

2、中国专利“一种mof-74衍生物高分子复合凝胶及其制备方法”（公开号：cn117209658a）首先通过水热法合成co-mof-74，然后煅烧获得mof-74衍生物。将获得的mof-74衍生物加入到有机凝胶前驱体溶液中，有机凝胶以水和甘油为基质，四甲基乙二胺为催化剂，引发剂过硫酸钾分解后产生初级自由基与丙烯酰胺单体加成生成单体自由基，从而引发聚合其他单体成链，与交联剂n,n-亚甲基双丙烯酰胺化学交联，最终得到复合凝胶。该方法形成凝胶的工艺复杂，且所用的试剂价格较为昂贵，难以形成有效的经济效益，不利于工业大规模生产。中国专利“一种具有微波吸收功能的天然多酚水凝胶及其制备方法”（公开号：cn116801602a）提供了提供了一种较为简单制备凝胶类吸波材料的方法，但是其中由于磁性材料的缺乏，其有效吸波带宽往往不高，难以实现吸波材料在更加复杂多变的环境中应用。目前吸波材料在密度、吸波强度、有效吸波带宽、性能的稳定性等方面都有待改善和进一步提高。

3、ti3c2tx是二维（2d）材料大家族中的新成员，其分子式为mn+1xntx，其中m是过渡金属，x是碳或氮，tx是表面基团，通常为-oh，-f或-o。由于ti3c2tx的层状结构以及独特的导电性和亲水性，ti3c2tx被认为是各种应用的有力竞争者，包括储能、传感器、电磁吸收和电磁屏蔽。为此，本发明中，先在ti3c2tx纳米片上接枝壳聚糖（cs），而后ni3fe链被ti3c2tx-cs包裹，形成独立的、分散的毛虫状异质结构，有效地避免了ni3fe链的自堆积和氧化。而后巧妙地利用壳聚糖和戊二醛之间的羰氨缩合反应，在ni3fe/ti3c2tx-cs上原位生长了轻质三维席夫碱聚合物气凝胶，最后通过简单热解制备了tio2/ni3fe/ti3c2tx/c（nftc）磁性碳气凝胶。

4、此外，本发明得到的气凝胶材料在多维和多组分材料的电磁协同作用下，tio2/ni3fe/ti3c2tx/c磁性碳气凝胶在填充率仅为7.6 wt.%时，最小反射损耗为-61.6 db，有效吸收带宽为8.16 ghz，表现了质轻、带宽的优秀吸波性能。同时，对tio2/ni3fe/ti3c2tx/c磁性碳气凝胶的雷达截面模拟结果表明，其雷达隐身性能在0°时的最大降低值为20.1 db·m2，同时由于本发明为气凝胶材料，质轻带宽，制作工艺简单，且具有优异的隔热属性，其热导率为0.046 w/m·k。本发明制备的气凝胶胶材料兼具出色的雷达隐身与隔热性能，且能承受750倍的自身重量，还具有一定的阻燃特性，这大大拓展了它在复杂场景的应用。

技术实现思路

1、本发明针对现有微波吸收材料存在制备方法复杂、填充比和密度大、成本高以及窄的微波吸收带宽和功能单一而无法应用推广的技术问题，提供tio2/ni3fe/ti3c2tx/c磁性碳气凝胶的简便制作方法。

2、本发明一种tio2/ni3fe/ti3c2tx/c气凝胶是利用乙二醇聚合诱导ni3fe颗粒组装成微螺旋ni3fe链，并将ti3c2tx纳米片接枝上壳聚糖（cs）后，再对微螺旋ni3fe链进行包裹，形成毛虫状ni3fe/ti3c2tx-cs（nft），然后通过羰氨缩合反应，在其表面原位生长聚席夫碱，获得的ni3fe/ti3c2tx/聚席夫碱气凝胶再通过煅烧处理，制得tio2/ni3fe/ti3c2tx/c气凝胶；

3、具体过程如下：

4、步骤1： 将乙酰丙酮镍（ii）和乙酰丙酮铁（iii）溶于乙二醇，再向其中滴入n2h4·h2o后转移到内衬为聚四氟乙烯的不锈钢高压釜中，在140~180℃下反应8~12 h，制得微螺旋ni3fe链；

5、步骤2：将lif溶解于盐酸溶液，再向其中加入max（ti3alc2）前驱体，并在35~45 ℃下水浴搅拌22~26 h，再经过超声和离心得到ti3c2tx纳米片分散溶液；

6、步骤3：在ti3c2tx纳米片分散溶液中，加入醋酸进行酸化，再加入壳聚糖（cs），接枝于ti3c2tx上；而后加入微螺旋ni3fe链，进一步滴加戊二醛，室温下静置2~6 h，经羰氨缩合反应形成水凝胶；其后将水凝胶放在冷冻干燥机中，冷冻干燥1~3天，获得ni3fe/ti3c2tx/聚席夫碱气凝胶；

7、步骤4：将ni3fe//ti3c2tx/聚席夫碱气凝胶密封在管式炉中，在氮气气氛，600~900℃下保温2~3 h，升温速率2~3 ℃min-1，制得tio2/ni3fe/ti3c2tx/c气凝胶。

8、所述的步骤1中：a溶液中乙酰丙酮镍（ii）和乙酰丙酮铁（iii）和乙二醇的比例为0.45 ~0.6 g : 0.2~0.35 g : 49~51 ml；b溶液中滴加n2h4·h2o的量为9~11 ml。

9、所述的步骤2中：lif的量为0.8~1.2 g，盐酸的浓度为8~10 mol/l，盐酸的量为18~22 ml，ti3alc2的量为0.4~0.6 g，d溶液中ti3c2tx纳米片分散水溶液的浓度为 8~12 mg/ml。

10、所述的步骤3中，ti3c2tx纳米片分散溶液d中微螺旋ni3fe链与醋酸的用量为0.04~0.06 g : 1.5~3 ml；水凝胶e中壳聚糖和戊二醛的使用比例为0.15~0.3 g : 1.5~3 ml。

11、所述的ti3c2tx分子式中，t是-oh，-f或和-o中的一个或几个，x是t中-oh，-f和-o官能团的总数。

12、本发明的有益方法：

13、1.制备方法独特：本发明ni3fe链被ti3c2tx-cs纳米片包裹，形成独立的、分散的微螺旋异质结构，有效地避免了ni3fe链的自堆积和氧化。而巧妙地利用壳聚糖和戊二醛之间的羰氨缩合反应在毛虫状ni3fe/ti3c2tx-cs上原位生长了轻质三维席夫碱聚合物气凝胶，再经干燥热解制备出均匀性和稳定性好的tio2/ni3fe/ti3c2tx/c磁性碳气凝胶材料。

14、2、电磁波吸收能力优秀：本发明tio2/ni3fe/ti3c2tx/c气凝胶材料在3.0 mm时，最优反射损耗值（ rl min值）可达到-61.6 db。而且，在石蜡基体中仅7.6 wt.%的气凝胶材料就能获得8.16 ghz的超宽吸波带宽，且匹配厚度仅为2.77 mm，达到了理想吸波材料对“薄、轻、宽、强”的要求，这是极具工业化生产和应用潜力的。

15、3、多场景适用性：多功能性能弥补材料应用场景单一的缺点，同时材料多功能化也是未来超材料的发展趋势。常温下，本发明气凝胶材料置于120℃的加热台上加热50分钟，气凝胶的表面最高温度仅为41℃，显示了该材料优异的隔热性能。这为它在恶劣环境中的应用提供了基础。其次，因为ni3fe磁性颗粒的有序排列增强了磁耦合和磁各向异性，这大大增强了材料对于电磁波的吸收。此外，一维结构可以作为“天线”来接收更多的入射电磁波并进入到吸波材料中。最后，ti3c2tx和磁性材料的结合不仅减少了磁性颗粒的聚集，提高了耐腐蚀性，而且有利于介电性能和磁性之间的协同作用，进一步增强了对电磁波的吸收。本发明气凝胶材料雷达隐身性能在0°时的最大降低值为20.1 db·m2，同时其热导率为0.046 w/m·k，表明其隔热属性优异。该气凝胶吸波材料兼具出色的雷达隐身与隔热性能，且其密度仅为0.166 g/cm3，密度小，且能承受750倍的自身重量，还具有一定的阻燃特性，这大大拓展了它在复杂场景的应用。

16、4、极大的应用前景：本发明制备工艺简单、生产成本低、复合均匀，为tio2/ni3fe/ti3c2tx/c磁性碳气凝胶的工业大规模生产和商业化应用打下了坚实的基础，能够为应用于电磁波污染的防治和军事隐身领域提供新材料。