摘要
采用交替真空抽滤制备Ti3C2Tx MXene/WPU复合双层薄膜，用扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）表征了微观形貌，X射线衍射仪（XRD）测试了晶体结构，通过矢量网络分析仪测试了电磁屏蔽性能。结果表明，可以通过超声离心制备出少层Ti3C2Tx；复合双层薄膜具有高韧性、高导电性以及优异的电磁屏蔽性能，表面电阻为3.57 Ω；电磁屏蔽性能结果表明，MWPU3：1的复合薄膜屏蔽性能为37.9 dB。在X波段与K波段，MWPU3：1复合薄膜性能较为优异，且复合薄膜是吸收型电磁屏蔽材料。
关键词
随着5G无线通讯系统的逐渐发展和应用，高集成化的电子通信和电子设备迅速发展，产生的电磁辐射和干扰问题已经不可避免，航天、医疗以及军事等领域正在面临着严峻挑
盐酸、氟化锂从成都科隆试剂有限公司购买；Ti3AlC2 MAX粉末（纯度99%，400目）采购自福斯曼科技（北京）有限公司；水性聚氨酯（40%）购自广州誉衡新材料有限公司。以上所有化学试剂均为分析纯。
1.56 g氟化锂和20 mL 9 M HCl （37%）在聚四氟乙烯烧杯中常温搅拌5 min，形成均相溶液确保氟化锂完全溶解。然后将1 g Ti3AlC2粉末加入混合溶液中，在油浴40 ℃下磁力搅拌36 h。将混合后的溶液在8 000 r/min下离心多次，确保上清液的pH>6。然后将沉淀物分散在250 mL去离子水中，在冰浴下超声处理30 min。随后以3 500 r/min离心30 min，收集上层深绿色液体，即剥离后的少层Ti3C2Tx分散液，用于后续实验。
制备流程图见
图1 MWPU复合双层薄膜制备流程示意图
Fig.1 The preparation process of MWPU composite
double-layer films
首先将刻蚀好的少层Ti3C2Tx悬浮液（约1.25 g/L）分别取5、10、15 mL，通过真空过滤到滤纸上。随后将5 mL3%的水性聚氨酯溶液以同样的方式过滤在Ti3C2Tx凝胶上。然后在60 ℃真空烘箱中干燥1 h形成Ti3C2Tx MXene/WPU复合薄膜，薄膜厚度分别为27.4、32.5、37.3 μm。经过计算薄膜面密度为0.43、0.86、1.29 mg/c
Ti3C2Tx纳米片微观形貌和MWPU复合双层薄膜截面结构如
(a) Ti3C2Tx纳米片TEM图
(b) Ti3C2Tx胶体的“丁达尔”
(c) MWPU复合薄膜光学照片
(d) MWPU复合薄膜SEM图
图2 Ti3C2Tx纳米片微观形貌和MWPU复合双层薄膜
Fig.2 TEM image of Ti3C2Tx nanosheets,SEM image of MWPU composite double-layer films
截面结构
从
图3 Ti3AlC2 、Ti3C2Tx、MWPU复合薄膜XRD图
Fig.3 XRD pattern of Ti3AlC2, Ti3C2Tx, MWPU composite double-layer film
样品测试如
图4 波导管法测试示意图与夹具照片
Fig.4 The schematic diagram of waveguide method and photos of fixture
图5 MWPU复合双层薄膜表面电阻
Fig.5 Surface resistance of MWPU composite double-layer films
图6 MWPU复合双层薄膜平均电磁屏蔽图
Fig.6 Average of EMI SE of MWPU composite double-layer films
图7 MWPU复合双层薄膜总电磁屏蔽图
Fig.7 The EMI SEA of MWPU composite double-layer films
图8 MWPU复合双层薄膜吸收损耗SEA图
Fig.8 The EMI SET of MWPU composite double-layer films
图9 不同频率下MWPU复合双层薄膜的SEA/SER
Fig.9 Ratio of SEA/SER of MWPU composite double-layer films
随着体积比的逐渐增大，MWPU复合双层薄膜平均电磁屏蔽性能也从19.01升至34.28 dB。另一方面，MWPU复合双层薄膜的电磁屏蔽和吸收损耗SEA也随体积比的增加而增大，通过图可以看到复合材料的电磁屏蔽和吸收损耗SEA最高可以达到37.9和33.8 dB，其与表面电阻变化规律完全一致。因此，MWPU复合双层薄膜在抗电磁屏蔽领域具有潜在应用价值。2~18 GHz频率范围内不同样品的吸收损耗SEA与反射损耗SER比值曲线如
（1）通过逐层真空抽滤制备的MWPU复合双层薄膜，此结构既可减少Ti3C2Tx与空气的接触面积降低其氧化概率，而水性聚氨酯的加入能提高薄膜整体的柔性度。
（2）随着体积比的增加，MWPU复合双层薄膜的表面电阻逐渐降低至3.57 Ω，而测试电阻误差也降低至0.08 Ω。
（3）在2~18 GHz频率范围内，电磁屏蔽性能随体积比的增大而增加，而MWPU3：1复合薄膜屏蔽性能为37.9 dB。通过MWPU复合双层薄膜吸收损耗SEA与反射损耗SER的比值得到在X波段与K波段，复合薄膜的吸收损耗SEA在电磁屏蔽中占主导地位。
参考文献
MA Z L，KANG S L，MA J Z，et al.Ultraflexible and mechanically strong double-layered aramid nanofiber-Ti3C2Tx MXene/silver nanowire nanocomposite papers for high-performance electromagnetic interference shielding［J］.ACS Nano，2020，14（7）：8368-8382. [百度学术]
高晓东，杨卫民，程礼盛，等.导电玻璃纤维及其功能复合材料研究进展［J］.复合材料学报，2021，38（1）： 1-10. [百度学术]
GAO X D， YANG W M， CHENG L S， et al. Recent research progressing conductive glass fiber and polymer-based functional composites［J］. Acta Materiae Compositae Sinica，2021，38（1）：1-10. [百度学术]
李金晶， 王钧. PS微球对导电复合材料介电性能及电磁屏蔽性能的影响［J］. 玻璃钢/复合材料， 2015（3）： 40-44. [百度学术]
LI J J， WANG J. Study on the addition of PS microspheres to the dielectric and EMI properties of the electrical composites［J］. Composites Science and Engineering， 2015（3）： 40-44. [百度学术]
TURCZYN R， KRUKIEWICZ K， KATUNIN A， et al. Fabrication and application of electrically conducting composites for electromagnetic interference shielding of remotely piloted aircraft systems［J］. Composite Structures， 2020，232： 111498. [百度学术]
XU M， WANG Y Y， LI X L， et al. Analysis of the influence of the structural parameters of aircraft braided-shield cable on shielding effectiveness［J］. IEEE Transactions on Electromagnetic Compatibility， 2020， 62（4）： 1028-1036. [百度学术]
YIN X M， LI H J， HAN L Y， et al. Lightweight and flexible 3D graphene microtubes membrane for high-efficiency electromagnetic-interference shielding［J］.Chemical Engineering Journal， 2020，387： 124025. [百度学术]
HU Z K， JI X X， LI B Y，et al.A self-assembled graphene/polyurethane sponge for excellent electromagnetic interference shielding performance［J］.RSC Advances，2019，9（44）：25829-25835. [百度学术]
WANG Q W，ZHANG H B， LIU J， et al. Multifunctional and water-resistant MXene-decorated polyester textiles with outstanding electromagnetic interference shielding and joule heating performances［J］. Advanced Functional Materials， 2019， 29（7）： 1806819. [百度学术]
李勉，黄庆. 三元层状碳氮化合物（MAX相）及其衍生二维纳米材料（MXene）研究趋势与展望［J］.无机材料学报，2020，35（1）：1-7. [百度学术]
LI M， HUANG Q， Recent progress and prospects of ternary layered carbides/nitrides （MAX phases） and their derived two- dimensional nanolaminates （MXenes）［J］.Journal of Inorganic Materials，2020，35（1）：1-7. [百度学术]
ALHABEB M，MALESKI K，ANASORI B，et al. Guidelines for synthesis and processing of two-dimensional titanium carbide （Ti3C2Tx MXene） ［J］.Chemistry of Materials， 2017， 29（18）： 7633-7644. [百度学术]
刘冰洁， 刘艳， 周国伟. 二维MXenes基复合材料的制备及在电化学领域的应用研究进展［J］.化工新型材料， 2020，48（10）：1-5. [百度学术]
LIU B J， LIU Y， ZHOU G W. Research progress on preparation of MXenes composites and their applications in electrochemistry［J］.New Chemical Materials， 2020， 48（10）： 1-5. [百度学术]
REN Y Y， ZHU J F， WANG L， et al. Synthesis of polyaniline nanoparticles deposited on two-dimensional titanium carbide for high-performance supercapacitors［J］. Materials Letters， 2018，214（MAR.1）： 84-87. [百度学术]
LI M H， FANG L， ZHOU H， et al. Three-dimensional porous MXene/NiCo-LDH composite for high performance non-enzymatic glucose sensor［J］. Applied Surface Ence， 2019， 495： 143554. [百度学术]
LI N， CHEN X， ONG W J， et al. Understanding of electrochemical mechanisms for CO2 capture and conversion into hydrocarbon fuels in transition-metal carbides（MXenes）［J］. ACS Nano， 2017， 11（11）： 10825-10833. [百度学术]
张恒宇，张宪胜，肖红， 等. 二维碳化物在柔性电磁吸波领域的研究进展［J］.纺织学报，2020， 41（3）： 182-187. [百度学术]
ZHANG H Y， ZHANG X S， XIAO H， et al. Research progress of two-dimensional carbide in field of flexible electromagnetic absorbing［J］. Journal of Textile Research， 2020， 41（3）： 182-187. [百度学术]
吕通，张恩爽，原因， 等. 大片单层低缺陷MXene的制备及其膜材料的电磁屏蔽性能［J］.高等学校化学学报， 2019， 40（10）： 2059-2066. [百度学术]
LYU T， ZHANG E S， YUAN Y， et al. Preparation of large-size single layer MXene with low defect and electromagnetic shielding performance of MXene film［J］. Chemical Journal of Chinese Universities ，2019， 40（10）： 2059-2066. [百度学术]
ZHEN W， CHENG Z， FANG C Q， et al. Recent advances in MXenes composites for electromagnetic interference shielding and microwave absorption［J］. Composites Part A： Applied Science and Manufacturing， 2020， 136：105956. [百度学术]
CAO M S，CAI Y Z，HE P，et al.2D MXenes： Electromagnetic property for microwave absorption and electromagnetic interference shielding［J］.Chemical Engineering Journal， 2019，359：1265-1302. [百度学术]
ALHABEB M，MALESKI K，ANASORI B，et al. Guidelines for synthesis and processing of two-dimensional titanium carbide （Ti3C2Tx MXene）［J］.Chemistry of Materials，2017，29（18）：7633-7644. [百度学术]
HAN J C， WANG X N， QIU Y F， et al. Infrared-transparent films based on conductive graphene network fabrics for electromagnetic shielding［J］. Carbon， 2015，87（1）：206-214. [百度学术]
YOUSEFI N， SUN X Y， LIN X Y， et al. Highly aligned graphene/polymer nanocomposites with excellent dielectric properties for high performance electromagnetic interference shielding［J］. Advanced Materials， 2015，26（31）：5480-5487. [百度学术]
HE P， CAO M S， SHU J C， et al. Atomic layer tailoring titanium carbide MXene to tune transport and polarization for utilization of electromagnetic energy beyond solar and chemical energy［J］. ACS Applied Materials & Interfaces，2019，11（13）： 12535-12543. [百度学术]
CAO M S， WANG X X， CAO W Q， et al. Thermally driven transport and relaxation switching self-powered electromagnetic energy conversion［J］. Small， 2018，14（29）： 1800987. [百度学术]
