铁氧体材料与MXenes的复合材料、其制备方法及应用
【技术领域】
[0001]本发明涉及复合材料技术领域，特别涉及一种铁氧体材料与MXenes的复合材料、其制备方法及应用。
【背景技术】
[0002]随着电子信息产业的飞速发展，笔记本电脑、手机、平板电脑等移动通讯设备大量普及，几乎已覆盖至每一个家庭，并成为日常生活中不可或缺的一部分。但随着这些无线通信设备和高频电子器件用量的急剧增加，电磁干扰(Electromagnetic interference)现象与电磁污染问题也愈演愈烈。
[0003]铁氧体材料是双复介质，不但具有一般介质材料的欧姆损耗、极化损耗、离子和电子共振损耗，还具有铁氧体特有的畴壁共振损耗、磁矩自然共振损耗和粒子共振损耗，因此，铁氧体作为一种研究最为成熟的吸波材料，已经在抗电磁干扰天线、滤波器、电感元件等各类电子元器件中得到广泛的应用。但是，铁氧体材料密度较高，低温下将转变为绝缘体，并且存在陶瓷材料的脆性问题，这些因素限制了其在高阶模吸收器(加速器)及空间武器装备等特殊领域(航空航天)的应用。
[0004]二维过渡金属碳化物或碳氮化物，即MXenes，是由Gogotsi和Barsoum等人在2011年合作发现的具有二维片层结构的新型材料，一般可用Mn+1XnTz表示，其中Μ指过渡族金属(如T1、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Sc等)，X指C或/和N，n —般为1-3，Tz指表面基团(如Ο2、OH、F、NH3、NH4+等)。目前，MXenes —般来源于三元层状金属陶瓷M n+1AXnffl (Μ为过渡金属元素，Α为主族元素，X为C和/或Ν，η —般为1?3，简称MAX相)，通过将MAX相中结合较弱的A位元素(如Al、Si等原子)抽出而得到。同石墨烯类似，MXenes具有优良的导电导热性，较高的比表面积。而且，MXenes天然具有多层“类手风琴”结构，不易团聚；同时，其表面带有的丰富基团能够作为铁/镍/钴等离子的合适配体。
【发明内容】
[0005]本发明提供了一种铁氧体材料与MXenes的复合材料，铁氧体分子分散在MXenes的片层结构中。
[0006]所述的复合材料中，铁氧体材料与MXenes的质量可调，根据实际需要，MXenes的质量占所述复合材料总质量的百分含量在0.1?99.9%范围可调，铁氧体材料占所述复合材料总质量的百分比含量在0.1?99%范围可调。
[0007]所述的铁氧体材料不限，包括化学式为MeFe204、AFe12019、R3Fe5012等体系的铁氧体材料。其中Me元素可以是N1、Mn、Zn、Cu、Co、Fe、L1、Mg、Cr、Ca、Ba等元素中的一种元素或两种以上元素的组合；A元素可以是Ba、Co、N1、Mn、Zn、Cu、Fe、L1、Mg、Cr、Ca等元素中的一种元素或两种以上元素的组合；R元素可以是Y、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu等稀土元素中的一种元素或两种以上元素的组合。
[0008]所述的MXenes的制备方法不限，可以通过将三元层状金属陶瓷Mn+1AXjg (Μ为过渡金属元素，A为主族元素，X为C和/或Ν，η —般为1?3)中结合较弱的Α位元素(如Al、Si等原子)抽出而制得。
[0009]所述复合材料粉体的制备方法不限，包括化学共沉淀法、固相球磨法、溶胶-凝胶法、自蔓延燃烧法、共沉淀-水热法等。
[0010]作为一种优选结构，所述的复合材料中，铁氧体分子原位生长在MXenes的片层结构中。为此，本发明采用共沉淀法制备具有该优选结构的复合材料粉体，具体包括如下步骤:
[0011 ] 将适量MXenes溶于分散液中，制得分散均匀的MXenes溶液；
[0012]按照铁氧体材料化学式中相应元素的物质的量进行铁氧体材料的原料配制；
[0013]将铁氧体材料的原料与MXenes溶液混合，得到混合溶液一；
[0014]将混合溶液一滴入碱性溶液中，得到混合溶液二，调节混合溶液二的pH值为7?12，在搅拌条件下混合溶液二在20?90°C温度下发生反应，反应产物清洗、烘干，得到铁氧体材料与MXenes的复合材料粉体。
[0015]所述的分散液不限，包括但不限于木质素磺酸钠、十二烷基苯磺酸钠或油胺中的一种溶液等。
[0016]所述的反应时间优选为lOmin?120min。
[0017]所述的碱性溶液不限，包括氢氧化钠、氢氧化钾、氨水溶液等。
[0018]实际应用中，往往需要将上述制得的复合材料粉体制成块体形式，为此，作为优选，将上述制得的复合材料粉体进行烧结，得到块体形式的复合材料。所述的烧结方法不限，包括微波烧结、快速等离子烧结等。作为优选，所述的烧结方法为微波烧结或者快速等离子烧结，具有烧结温度低、保温时间短，以及得到的块体材料烧结致密化程度高的优点。
[0019]综上所述，本发明将铁氧体材料与MXenes进行复合，纳米级的铁氧体分子分散在亚微米级的MXenes片层结构中构成复合材料，该复合材料具有如下优点:
[0020](1)兼具铁氧体材料与MXenes的优点。一方面，MXenes片层结构在该复合材料中形成导电网络结构，使该复合材料具有良好的电导性能，其室温电导率相对于纯铁氧体材料提高了 5?10个数量级，当温度低于260K时，依然能保持一定的电导率；另一方面，该复合材料具有良好的阻抗匹配性能。因此，该复合材料能够作为吸波材料而应用于抗电磁干扰天线、滤波器、电感元件等各类电子元器件中，尤其适用于在低温条件下应用，例如，能够在80K的液氮低温下工作，从而可以应用在基于能量回收型加速器的自由电子激光光源中，满足该类加速器对高阶模抑制器用吸波材料的低温要求；能够应用在深海潜艇用雷达屏蔽器件中，满足当潜艇处于深海低温时，雷达屏蔽器件中的吸波材料能够正常发挥用途；能够应用在外太空用电磁屏蔽器件中，满足当电磁屏蔽器件处于外太空低温中时，其中的吸波材料能够正常发挥用途，以及应用在其他诸如电子器件，抗电磁干扰器件等中，满足当该类器件处于常温或者低温时，其中的吸波材料能够正常发挥用途，以满足在实际生产生活中特殊条件下的要求。
[0021](2)与铁氧体材料相比，该复合材料中由于包含具有多层“类手风琴”结构的MXenes，因此密度降低，质量轻，并且不易团聚，从而能够拓宽作为吸波材料的应用领域。
[0022](3)铁氧体材料与MXenes的质量分数可调，因此能够根据实际应用需求调节吸波性能。
[0023](4)可根据实际应用需要将该复合材料成型或加工成所需形状和尺寸的器件，亦可制成浆料，采用流延法、冷喷涂法、热喷涂、丝网印刷、涂刷等方法制成所需电磁屏蔽涂层。
[0024](5)作为优选，采用共沉淀法，充分利用MXenes的表面基团，将铁氧体材料离子原位吸附在MXenes材料片层结构中，然后利用共沉淀法原位生成铁氧体分子，从而使铁氧体分子原位生长在MXenes的片层结构中，一方面加强了铁氧体分子与MXenes片层结构的结合力，另一方面有利于该复合材料的性能稳定。
【附图说明】
[0025]图1是本发明实施例1中MXenes-20wt.% Nia5ZnQ.5Fe204复合材料的XRD谱；
[0026]图2是本发明实施例1中MXenes_20wt.% NiQ.5Zna5Fe204复合材料粉体的SEM照片;
[0027]图3是本发明实施例2中Nia5ZnQ.5Fe204-2wt.% MXenes复合材料粉体的磁滞回线；
[0028]图4是本发明实施例2中Nia5ZnQ.5Fe204-2wt.% MXenes复合材料的变温电导率图。
【具体实施方式】
[0029]以下结合附图与实施例对本发明的【具体实施方式】作进一步说明，需要指出的是，以下所述实施例旨在便于对本发明的理解，而对其不起任何限定作用。
[0030]实施例1:
[0031 ] 本实施例中，铁氧体材料为Nia5Zna5Fe204，MXenes材料为Ti3C2Tx，该铁氧体材料与MXenes材料构成复合材料，其中铁氧体材料的质量百分含量为20%，MXenes的质量百分含量为80%，其化学表示式为MXenes-20wt.% Nia5Zna5Fe204;并且，铁氧体分子原位生长在MXenes的片层结构中。
[0032]上述复合材料的具体制备方法如下:
[0033](1)称取0.5gTi3C2TxS于木质素磺酸钠的过饱和溶液中，超声破碎45min，制得