摘要
随着通信电子设备的普及发展以及移动通信技术的不断创新，人们的生产和生活迎来了前所未有便利。由此产生的电磁辐射不仅严重干扰电子设备的正常运行和人体健康，还大幅度限制了武器的使用寿命，威胁着军事安全。磁波吸收材料能够有效地衰减电磁辐射，因而受到了社会各界的广泛关注。二维过渡金属碳化物或氮化物(MXenes)是一种通过蚀刻MAX相中的金属插层而形成的片层状物质。MXene因其独特的结构、丰富的表面终端、优异的导电性、大的比表面积以及类金属性质等优点得到了研究人员的青睐。以MXene为基底材料，与磁性颗粒、导电聚合物、多孔碳以及半导体等材料进行复合，能够充分发挥各个材料的损耗机制，达到改善阻抗匹配特性和增强衰减能力的目的。本文通过改变MXene的结构和复合物的种类，研究了不同组分复合吸波材料的吸波性能和机理。主要研究内容与结论如下： (1)采用氟化锂和盐酸溶液对Ti3AlC2进行原位蚀刻，得到了少层Ti3C2Tx，而后通过改变煅烧温度，在空气气氛下制备了一系列NiCo2O4，最后由静电自组装将两种物质进行复合，研究了不同复合材料形貌、缺陷以及磁性能对其电磁参数的影响。通过X射线衍射技术、扫描和透射电子显微镜、显微共聚焦拉曼光谱仪等测试仪器对材料的晶体结构、微观形貌以及缺陷进行了表征，发现随着煅烧温度的增加，球形NiCo2O4的尺寸发生了略微的变化且部分球形发生破裂，材料的介电性能降低。利用矢量网络分析仪测定了复合材料的吸波性能，当煅烧温度为400℃时，复合材料的最低反射损耗为-43.52dB，有效吸收带宽为2.4GHz,此时对应的厚度为2.0mm。 (2)采用氢氟酸溶液对Ti3AlC2进行蚀刻，得到了类手风琴状的Ti3C2Tx。通过水热法和热处理工艺制备了Co9S8/C/Ti3C2Tx复合材料，Co9S8和碳的引入增强了复合材料介电损耗的能力。进一步调整Ti3C2Tx的加入量，探究了不同投料比例对电磁参数的影响。基于上述的表征与测试，复合材料保持典型的类手风琴状，随着Ti3C2Tx加入量的增加，复合材料的介电性能先增大后减小，当其加入量为100mg时，Co9S8/C/Ti3C2Tx复合材料展示出最佳的吸波性能，在厚度为2.51mm时，最低反射损耗为-50.07dB。1.5mm时对应的有效吸收带宽为4.24GHz。介电损耗的增强、电磁参数的调控以及阻抗匹配的优化，共同改善了Co9S8/C/Ti3C2Tx复合材料的吸收性能。 (3)通过室温条件下老化过程在手风琴状Ti3C2Tx上生长ZIF-67颗粒，然后一步水热法合成出NiCo-LDH/Ti3C2Tx，随后在氩气气氛中进行硒化，得到NiSe2-CoSe2@C/Ti3C2Tx复合材料。在研究介电性能对吸波性能的基础上，提出了引入本征电导率较低的过渡金属硒化物对Ti3C2Tx的介电性能进行调控。表征测试结果显示了过渡金属硒化物已成功锚定在Ti3C2Tx片层上，且复合材料结构稳定，依旧保持类手风琴状的多层结构。引入过渡金属硒化物，改善了纯Ti3C2Tx材料介电常数过大的问题，提高了材料阻抗匹配特性，拓宽了吸收材料的有效带宽。在10.32GHz处的最强反射损耗值为-60.46dB，且拓展后的有效带宽可达5.68GHz。 本文从Ti3C2Tx本征特性着手，将磁性金属、过渡金属硫化物和ZIF-67衍生的硒化物与其进行复合，得到的复合材料具备出众的电磁波吸收性能。通过改变复合材料的形貌、组分、介电性能和损耗机制等，能够实现对复合材料阻抗特性及吸波性能的调节，从而获得高效的电磁波吸收器。
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