一种MXene‑聚苯胺复合材料及其制备方法，本发明涉及一种MXene复合材料的制备方法。本发明是要解决现有的二维过渡金属碳化物Mxene的吸波性能差的技术问题。本发明的MXene‑聚苯胺复合材料是由层状的二维过渡金属碳化物及包覆在二维过渡金属碳化物表面的聚苯胺壳层组成。制备方法：将苯胺加入到水中搅拌后，得到苯胺/水分散液，再调节pH值为1.5～2，得到苯胺的盐酸盐溶液；将胺的盐酸盐溶液加入到二维过渡金属碳化物的水分散液中低温下搅拌混合，得到MXene/苯胺混合液；再将过硫酸铵溶液滴加到MXene/苯胺混合液中，低温下搅拌反应，再洗涤、干燥，得到MXene‑聚苯胺复合材料。它可用于吸波领域。
1.一种MXene-聚苯胺复合材料，其特征在于该复合材料是由层状的二维过渡金属碳化物及包覆在二维过渡金属碳化物表面的聚苯胺壳层组成，其中二维过渡金属碳化物的质量与聚苯胺的质量之比为1：（0.5 2.5）；其中二维过渡金属碳化物为Ti3C2；MXene-聚苯胺复合~材料的制备方法按以下步骤进行：
一、称量二维过渡金属碳化物、苯胺和过硫酸铵，其中二维过渡金属碳化物的质量与苯胺的体积的比为1g:(0.3 3)mL，过硫酸铵的质量与苯胺的体积的比为（2.5 2.75）g：1ml；
二、将苯胺加入到水中，搅拌后得到苯胺/水分散液，再用盐酸调节苯胺/水分散液的pH值为1.5 2，得到苯胺的盐酸盐溶液；
三、将苯胺的盐酸盐溶液加入到二维过渡金属碳化物的水分散液中，在0 5℃下搅拌混~合6 18h，得到MXene/苯胺混合液；
四、将过硫酸铵溶于水中，用盐酸调节pH值为1.5 2，得到过硫酸铵溶液，将该过硫酸铵~溶液滴加到MXene/苯胺混合液中，在0 5℃的条件下搅拌反应6 18h，反应完毕后，用pH为~ ~
1.5的盐酸洗涤3 5次，离心干燥，得到MXene-聚苯胺复合材料。
2.制备权利要求1所述的一种MXene-聚苯胺复合材料的方法，其特征在于该方法按以下步骤进行：一、称量二维过渡金属碳化物、苯胺和过硫酸铵，其中二维过渡金属碳化物的质量与苯胺的体积的比为1g:(0.3 3)mL，过硫酸铵的质量与苯胺的体积的比为（2.5 2.75）g：1ml；所~ ~述的二维过渡金属碳化物为Ti3C2；
二、将苯胺加入到水中，搅拌后得到苯胺/水分散液，再用盐酸调节苯胺/水分散液的pH值为1.5 2，得到苯胺的盐酸盐溶液；
三、将苯胺的盐酸盐溶液加入到二维过渡金属碳化物的水分散液中，在0 5℃下搅拌混~合6 18h，得到MXene/苯胺混合液；
四、将过硫酸铵溶于水中，用盐酸调节pH值为1.5 2，得到过硫酸铵溶液，将该过硫酸铵~溶液滴加到MXene/苯胺混合液中，在0 5℃的条件下搅拌反应6 18h，反应完毕后，用pH为~ ~
1.5的盐酸洗涤3 5次，离心干燥，得到MXene-聚苯胺复合材料。
3.根据权利要求2所述的一种MXene-聚苯胺复合材料的制备方法，其特征在于所述的二维过渡金属碳化物为Ti3C2的制备方法按以下步骤进行：（1）将浓度为6mol/L 12mol/L的浓盐酸与氟化锂在塑料容器中充分混合至均匀，得到~乳白色混合液；其中浓盐酸的体积与氟化锂的质量的比为10ml：（0.5 1.5）g；
（2）在搅拌条件下，将Ti3AlC2加入到混合液中，该反应过程剧烈且放热，其中Ti3AlC2与氟化锂的质量比为1：（1 1.5）；加完之后，在40 60℃下搅拌反应24 60h，反应结束后水洗至~ ~ ~pH值为5 6，得到Ti3C2浆液。
4.根据权利要求2或3所述的一种MXene-聚苯胺复合材料的制备方法，其特征在于步骤二中所述的盐酸的浓度为2mol/L。
5.根据权利要求2或3所述的一种MXene-聚苯胺复合材料的制备方法，其特征在于步骤三中在搅拌混合时的温度为3℃，混合时间为12h。
6.根据权利要求2或3所述的一种MXene-聚苯胺复合材料的制备方法，其特征在于步骤四中调节pH值所用的盐酸的浓度为2mol/L。
7.根据权利要求2或3所述的一种MXene-聚苯胺复合材料的制备方法，其特征在于步骤四中搅拌反应的温度为3℃，反应时间为12h。
一种MXene-聚苯胺复合材料及其制备方法
技术领域
[0001] 本发明涉及一种MXene复合材料的制备方法。
背景技术
[0002] 2011年美国德雷塞尔大学(Drexel University)的Yury Gogotsi教授和Michel W.Barsoum教授等人合作发现了一种新型二维过渡金属碳化物或碳氮化物，由于其独特的类似石墨烯(graphene)的层装结构，将其命名为MXene。其化学通式可用Mn+1XnTz表示，其中M指过渡族金属，X指C或/和N，n一般为1～3，Tz指表面基团(如OH-、F-等)。它具有石墨烯高比表面积、高电导率的特点，又具备组分灵活可调，最小纳米层厚可控等优势，已在储能、吸附、传感器、导电填充剂等领域展现出巨大的潜力。如今，MXene在吸波领域的应用还较少，由于其电性能优异，电磁波通过时会发生介电损耗。然而，纯的MXene的吸波性能并不理想。
发明内容
[0003] 本发明是要解决现有的二维过渡金属碳化物或碳氮化物MXene吸波性能差的技术问题，而提供一种MXene-聚苯胺复合材料及其制备方法。
[0004] 本发明的MXene-聚苯胺复合材料是由层状的二维过渡金属碳化物及包覆在二维过渡金属碳化物表面的聚苯胺壳层组成，其中二维过渡金属碳化物的质量与聚苯胺的质量之比为1：(0.5～2.5)。
[0005] 本发明的MXene-聚苯胺复合材料中，聚苯胺均匀吸附在MXene表面，从而在MXene表面形成一层包覆层，通过聚苯胺调节MXene的电性能，使得复合材料达到阻抗匹配，当电磁波通过时，将产生损耗，使得电磁波信号减弱。同时由于MXene多层性能及聚苯胺包覆层的存在，使得电磁波能够在其中来回反射，扩大了电磁波衰减路径，进一步增强了材料的吸波性能。
[0006] 上述的MXene-聚苯胺复合材料的制备方法，按以下步骤进行：
[0007] 一、称量二维过渡金属碳化物(MXene)、苯胺和过硫酸铵[(NH4)2S2O8]，其中二维过渡金属碳化物的质量与苯胺的体积的比为1g:(0.3～3)mL，过硫酸铵的质量与苯胺的体积的比为(2.5～2.75)g：1ml；
[0008] 二、将苯胺加入到水中，搅拌后得到苯胺/水分散液，再用盐酸调节苯胺/水分散液的pH值为1.5～2，得到苯胺的盐酸盐溶液；
[0009] 三、将苯胺的盐酸盐溶液加入到二维过渡金属碳化物的水分散液中，在0～5℃下搅拌混合6～18h，得到MXene/苯胺混合液；
[0010] 四、将过硫酸铵溶于水中，用盐酸调节pH值为1.5～2，得到过硫酸铵溶液，将该过硫酸铵溶液滴加到MXene/苯胺混合液中，在0～5℃的条件下搅拌反应6～18h，反应完毕后，用pH为1.5的盐酸洗涤3～5次，离心干燥，得到MXene-聚苯胺复合材料。
[0011] 本发明的MXene-聚苯胺复合材料的制备方法，将苯胺的盐酸盐溶液加入到二维过渡金属碳化物的水分散液中，搅拌过程中，苯胺单体充分进入二维过渡金属碳化物的层间以及吸附在表面，由于苯胺的盐酸盐带正电荷，二维过渡金属碳化物的表面带有大量OH-、F-，使其带负电，正负电荷的相互吸引，致使苯胺单体均匀吸附在二维过渡金属碳化物表面，再利用过硫酸铵使得苯胺单体聚合，形成包覆在二维过渡金属碳化物表面的聚苯胺壳层。由于聚苯胺(PANI)是一种导电高聚物，具有优异的电性能。在MXene表面复合上聚苯胺后，聚苯胺将改善MXene的电性能，可以使得MXene/PANI复合物的阻抗达到一个很好的匹配，当电磁波通过这种材料时将发生介电损耗，同时MXene的层间也可以使得电磁波在材料里来回反射，进而增加电磁波的衰减路径，从而材料产生优异的吸波性能。
[0012] 本发明制备的MXene-聚苯胺复合材料可用于吸波领域。
附图说明
[0013] 图1是试验1制备的Ti3C2的扫描电镜照片；
[0014] 图2是试验1制备的MXene-聚苯胺复合材料的扫描电镜照片；
具体实施方式
[0015] 具体实施方式一：本实施方式的MXene-聚苯胺复合材料是由层状的二维过渡金属碳化物及包覆在二维过渡金属碳化物表面的聚苯胺壳层组成，其中二维过渡金属碳化物或碳氮化物的质量与聚苯胺的质量之比为1：(0.5～2.5)。
[0016] 具体实施方式二：具体实施方式一所述的MXene-聚苯胺复合材料的制备方法，按以下步骤进行：
[0017] 一、称量二维过渡金属碳化物(MXene)、苯胺和过硫酸铵[(NH4)2S2O8]，其中二维过渡金属碳化物的质量与苯胺的体积的比为1g:(0.3～3)mL，过硫酸铵的质量与苯胺的体积的比为(2.5～2.75)g：1ml；
[0018] 二、将苯胺加入到水中，搅拌后得到苯胺/水分散液，再用盐酸调节苯胺/水分散液的pH值为1.5～2，得到苯胺的盐酸盐溶液；
[0019] 三、将苯胺的盐酸盐溶液加入到二维过渡金属碳化物的水分散液中，在0～5℃下搅拌混合6～18h，得到MXene/苯胺混合液；
[0020] 四、将过硫酸铵溶于水中，用盐酸调节pH值为1.5～2，得到过硫酸铵溶液，将该过硫酸铵溶液滴加到MXene/苯胺混合液中，在0～5℃的条件下搅拌反应6～18h，反应完毕后，用pH为1.5的盐酸洗涤3～5次，离心干燥，得到MXene-聚苯胺复合材料。
[0021] 具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式二不同的是步骤一中所述的二维过渡金属碳化物为Ti3C2；其它与具体实施方式二相同。
[0022] 具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式三不同的是步骤一中所述的二维过渡金属碳化物为Ti3C2的制备方法按以下步骤进行：
[0023] (1)将浓度为6mol/L～12mol/L的浓盐酸与氟化锂在塑料容器中充分混合至均匀，得到乳白色混合液；其中浓盐酸的体积与氟化锂的质量的比为10ml：(0.5～1.5)g；
[0024] (2)在搅拌条件下，将Ti3AlC2加入到混合液中，该反应过程剧烈且放热，其中Ti3AlC2与氟化锂的质量比为1：(1～1.5)；加完之后，在40～60℃下搅拌反应24～60h，反应结束后水洗至pH值为5～6，得到Ti3C2浆液。
[0025] 其它与具体实施方式三相同。
[0026] 具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式二至四之一不同的是步骤二中所述的盐酸的浓度为2mol/L；其它与具体实施方式二至四之一相同。
[0027] 具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式二至五之一不同的是步骤三中在搅拌混合时的温度为3℃，混合时间为12h；其它与具体实施方式二至四之一相同。
[0028] 具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式二至六之一不同的是步骤四中调节pH值所用的盐酸的浓度为2mol/L；其它与具体实施方式二至六之一相同。
[0029] 具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式二至六之一不同的是步骤四中搅拌反应的温度为3℃，反应时间为12h；其它与具体实施方式二至六之一相同。
[0030] 用以下试验验证本发明的有益效果：
[0031] 试验1：本试验的MXene-聚苯胺复合材料的制备方法，按以下步骤进行：
[0032] 一、制备二维过渡金属碳化物Ti3C2，其过程按以下步骤进行：
[0033] (1)将10mL浓度为10mol/L的浓盐酸与1.2g氟化锂在塑料容器中充分混合至均匀，得到乳白色混合液；
[0034] (2)在搅拌条件下，将1g Ti3AlC2加入到混合液中，该反应过程剧烈且放热，加完之后，在50℃下搅拌反应48h，反应结束后水洗至pH值为5.5，得到Ti3C2浆液；
[0035] 二、制备MXene-聚苯胺复合材料，其过程按以下步骤进行：
[0036] (1)称量含有0.5gTi3C2的Ti3C2浆液、0.5mL苯胺和1.25g过硫酸铵[(NH4)2S2O8]；
[0037] (2)将苯胺加入到32.5mL水中，搅拌后得到苯胺/水分散液，再用2mol/L盐酸调节苯胺/水分散液的pH值为1.5，得到苯胺的盐酸盐溶液；
[0038] (3)将苯胺的盐酸盐溶液加入到Ti3C2浆液中，在1℃下搅拌12h，得到Ti3C2/苯胺混合液；
[0039] (4)将过硫酸铵溶于32.5mL水中，用2mol/L的盐酸调节pH值为1.5，得到过硫酸铵溶液，将该过硫酸铵溶液滴加到Ti3C2/苯胺混合液，在1℃的条件下搅拌反应12h，反应完毕后，用pH为1.5的盐酸洗涤5次，离心干燥，得到Ti3C2-聚苯胺复合材料。
[0040] 本试验的Ti3C2浆液烘干后，得到Ti3C2，其扫描电镜照片如图1所示，从中可以看出Ti3C2为层状结构。
[0041] 本试验将步骤一中制备的Ti3C2浆液干燥后，得到Ti3C2的扫描电镜照片如图1所示，从图1可以看出Ti3C2为层状结构。本试验经步骤二制备的Ti3C2-聚苯胺复合材料的扫描电镜照片如图2所示，从图2可以看出，Ti3C2表面发生形貌发生明显的变化，说明聚苯胺成功复合到Ti3C2表面，但其层状结构依然清晰可见。
[0042] 将本试验制备的Ti3C2-聚苯胺复合材料与石蜡按质量比1∶1在80℃混合均匀，制成圆环，利用矢量网络分析仪测试出样品的复介电常数与复磁导率常数，计算可知，当材料厚度为1.6mm，在17.2GHz处，反射损耗达到-45.26dB。当材料的反射损耗为-10dB时，微波吸收达到90％，即认为材料拥有良好的吸波性能，当反射损耗为-20dB时，微波吸收达到99％，当反射损耗为-40dB时，微波吸收达到了99.99％。经测试证明本试验制备的Ti3C2-聚苯胺复合材料吸波效果良好。
[0043] 试验2：本试验的MXene-聚苯胺复合材料的制备方法，按以下步骤进行：
[0044] 一、制备二维过渡金属碳化物Ti3C2，其过程按以下步骤进行：
[0045] (1)将10mL浓度为10mol/L的浓盐酸与1.5g氟化锂在塑料容器中充分混合至均匀，得到乳白色混合液；
[0046] (2)在搅拌条件下，将1.5Ti3AlC2加入到混合液中，该反应过程剧烈且放热，加完之后，在60℃下搅拌反应50h，反应结束后水洗至pH值为5.5，得到Ti3C2浆液；
[0047] 二、制备MXene-聚苯胺复合材料，其过程按以下步骤进行：
[0048] (1)称量含有0.5gTi3C2的Ti3C2浆液、1mL苯胺和2.5g过硫酸铵[(NH4)2S2O8]；
[0049] (2)将苯胺加入到32.5mL水中，搅拌后得到苯胺/水分散液，再用2mol/L盐酸调节苯胺/水分散液的pH值为1.5，得到苯胺的盐酸盐溶液；
[0050] (3)将苯胺的盐酸盐溶液加入到Ti3C2浆液中，在3℃下搅拌12h，得到Ti3C2/苯胺混合液；
[0051] (4)将过硫酸铵溶于32.5mL水中，用2mol/L的盐酸调节pH值为1.5，得到过硫酸铵溶液，将该过硫酸铵溶液滴加到Ti3C2/苯胺混合液，在3℃的条件下搅拌反应18h，反应完毕后，用pH为1.5的盐酸洗涤5次，离心干燥，得到Ti3C2-聚苯胺复合材料。
[0052] 将本试验制备的Ti3C2-聚苯胺复合材料与石蜡按质量比1∶1在80℃混合均匀，制成圆环，利用矢量网络分析仪测试出样品的复介电常数与复磁导率常数，计算可知，当材料厚度为1.4mm，在17.2GHz处，反射损耗达到-43.04dB，具有很好的吸波效果。
