[发明专利]多孔泡沫结构MXene基电磁屏蔽薄膜及其制备方法

说明书

本发明提供了一种多孔泡沫结构MXene基电磁屏蔽薄膜及其制备方法，该制备方法包括如下步骤：步骤S1，准备MXene分散液；步骤S2，采用H⁺对MXene进行交联，得到H⁺交联处理的MXene；步骤S3，将H⁺交联处理的MXene与细菌纤维素进行复合，得到复合薄膜；步骤S4，对复合薄膜进行冷冻铸造，得到多孔泡沫结构MXene基电磁屏蔽薄膜。本发明的技术方案通过H⁺交联实现对薄膜孔隙率及厚度的调控，进而改善薄膜电磁屏蔽性能，MXene层作为导电骨架，细菌纤维素层作为力学性能骨架，在具有更好的电磁屏蔽性能的同时克服了MXene基多孔泡沫结构材料力学性能差的问题。

技术领域

本发明属于电磁屏蔽材料技术领域，尤其涉及一种多孔泡沫结构MXene基电磁屏蔽薄膜及其制备方法。

背景技术

随着电子电气设备的广泛普及和使用，电磁污染日益严重。电磁辐射可能造成电磁信息泄露，使得精密仪器的使用受到干扰，还会对人体的健康造成影响。再加上便携式、可穿戴设备的普及，因此轻质、柔性且具有较好屏蔽效能的电磁屏蔽材料是非常有必要的。

材料对电磁波的作用主要包括反射、吸收和透射。传统的电磁屏蔽材料多为银、铜等金属基材料，这类材料导电性较好，对电磁波的衰减以反射为主，可能会造成电磁波的“二次污染”等问题。并且金属材料密度大、易腐蚀以及难加工等特点一定程度上限制了它的应用范围。MXene作为一种新型二维材料，因其高导电率、高比表面的优点已经得到了广泛应用，并且有研究证明了它具有极其优异的电磁屏蔽效能。

同其它二维材料类似，MXene纳米片的堆叠会降低材料的可利用表面；此外，MXene材料还存在强度低的问题。因此开发一种轻质高强并以吸收为主的电磁屏蔽材料，是非常有应用价值的。

发明内容

针对以上技术问题，本发明公开了一种多孔泡沫结构MXene基电磁屏蔽薄膜及其制备方法，在提高屏蔽效果的同时，克服了多孔泡沫结构MXene电磁屏蔽材料机械性能差的缺陷。

对此，本发明采用的技术方案为：

多孔泡沫结构MXene基电磁屏蔽薄膜及其制备方法，包括如下步骤：

步骤S1，准备MXene分散液；

步骤S2，采用H⁺对MXene进行交联，得到H⁺交联处理的MXene；

步骤S3，将H⁺交联处理的MXene与细菌纤维素进行复合，得到复合薄膜；

步骤S4，对复合薄膜进行冷冻铸造，得到多孔泡沫结构MXene基电磁屏蔽薄膜。

其中，所述MXene为Ti₃C₂T_x。

对于电磁屏蔽材料，多孔泡沫结构可以增加电磁波在薄膜间的反射，增加薄膜对电磁波的吸收损耗，增强材料的屏蔽效能；同时还有利于实现材料的轻质化。采用此技术方案，MXene分散液预先通过H⁺处理，H⁺与MXene表面官能团通过氢键作用发生交联，使得MXene纳米片发生絮凝，通过控制添加的H⁺的浓度可以调控薄膜孔隙率及厚度，进而改善薄膜电磁屏蔽性能；采用冷冻铸造使得薄膜形成多孔泡沫结构，可以增加电磁波在薄膜中的散射及多重发射，增大薄膜对电磁波的吸收损耗，提高薄膜电磁屏蔽性能，减小反射电磁波造成的“二次污染”问题。

作为本发明的进一步改进，步骤S1中，以氟化锂和盐酸的混合溶液为刻蚀剂，以Ti₃AlC₂ MAX粉末为前驱体，在35℃反应28 h后，清洗得到Ti₃C₂T_x MXene纳米片；将MXene纳米片分散在去离子水中，搅拌分散均匀得到MXene分散液。