CN116014453A - 一种基于MXene与笼状结构三维泡沫的超疏水太赫兹吸波器 - Google Patents

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CN116014453A CN202211326169.7A CN202211326169A CN116014453A CN 116014453 A CN116014453 A CN 116014453A CN 202211326169 A CN202211326169 A CN 202211326169A CN 116014453 A CN116014453 A CN 116014453A
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Abstract

本发明属于电磁功能材料技术领域,具体提供一种基于MXene与笼状结构三维泡沫的超疏水太赫兹吸波器,以满足多孔吸收器需要保持干燥及自清洁能力的应用需求。本发明采用疏水处理的技术路线,首先创新的设计一种正十二面体为基本单元、周期性互连排列形成类富勒烯的笼状结构三维泡沫,其孔径形状规则、孔径尺寸均匀,使得Ti3C2Tx纳米片在包覆三维泡沫的骨架的同时、于骨架之间快速自组装为Ti3C2Tx微米薄片;然后将Ti3C2Tx微米薄片作为疏水纳米颗粒的承载平台,在三维泡沫的骨架与Ti3C2Tx微米薄片表面形成疏水涂层;最终,使得太赫兹吸波器具有超疏水表面,不仅具有极高的吸收性能,而且还具有高效的拒液、自清洁性能。

Description

一种基于MXene与笼状结构三维泡沫的超疏水太赫兹吸波器
技术领域
本发明属于电磁功能材料技术领域,涉及笼状多孔结构建模、微纳米膜生长及超疏水技术,具体提供一种基于MXene与笼状结构三维泡沫的超疏水太赫兹吸波器。
背景技术
太赫兹(THz)辐射具有高信号载波频率、超宽带光谱、非电离光子能量和光谱指纹的特点,在过去的几十年里,太赫兹领域已经从一个充满希望的好奇心发展成为一个蓬勃发展的研究学科,商业应用和科学影响不断增加。太赫兹光谱在遥感、天文探测和宇宙背景观测中的应用历史悠久,催生了诸如阿塔卡玛毫米/亚毫米波阵列望远镜(ALMA)、法国地球观测卫星(CSO)、普朗克巡天卫星(Planck)和立方体卫星(CubeSat)任务等雄心勃勃的计划;太赫兹成像领域也日趋成熟,一些机场和火车站已经部署商用设备进行安检;更重要的是,太赫兹已被世界无线电通信会议(WRC2019)正式确认为即将到来的第六代(6G)通信的一个适用频带,THz雷达的原型也已被证明可以探测隐蔽武器。在所有这些实际应用中,THz吸收器,特别是那些具有宽带、超薄、轻质和柔性特性的吸收器,迫切需要用于电磁(EM)屏蔽、雷达散射截面(RCS)降低、天线旁瓣辐射抑制以及辐射计校准。
近年来,业界都在太赫兹频率下对谐振吸收材料和宽带吸收材料进行探索,含导电组分的多孔复合材料被广泛应用于宽频带、超轻和柔性THz吸收器;例如,中国发明专利CN202010595071.6中提出了一种具有梯度孔径结构的三维石墨烯/PDMS太赫兹吸波器及其制备方法,中国发明专利CN202010778633.0中提出了一种结构稳定、大宽带、强吸收的基于MXene(一种过度金属碳化物或氮化物)的太赫兹波宽带吸收泡沫。与传统吸波材料相比,多孔吸波材料具有可压性好、可弯性强、超轻和较薄的优异性能,同时还具有制备成本低、工艺简单、可大面积制备的优点和实际应用价值。然而,对于大多数应用,多孔吸收器需要保持干燥和自清洁的能力,表面上的液体、冰和灰尘几乎不可避免地会改变阻抗匹配条件,从而增加EM反射;此外,一些腐蚀性溶液、甚至纯水,当粘附在表面或穿透材料时,也可能严重损坏吸收器内部的吸收剂;上述基于MXene的多孔吸收器就面临这一问题,MXene纳米片在水或水溶液中更容易被氧化,从而失去其高导电性,进而严重削弱吸收性能。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于MXene与笼状结构三维泡沫的超疏水太赫兹吸波器,以满足多孔吸收器需要保持干燥及自清洁能力的应用需求。本发明采用疏水处理的技术路线,首先创新的设计一种以正十二面体为基本单元、周期性互连排列形成类富勒烯的笼状结构三维泡沫,其孔径形状规则(均为正五边形或正六边形)、孔径尺寸均匀(500±50μm),使得Ti3C2Tx纳米片在包覆三维泡沫的骨架的同时、于三维泡沫的骨架之间快速自组装为Ti3C2Tx微米薄片;然后基于Ti3C2Tx微米薄片作为疏水纳米颗粒的承载平台,在三维泡沫的骨架与Ti3C2Tx微米薄片表面形成疏水涂层,实现疏水处理;最终,使得太赫兹吸波器具有超疏水表面,不仅具有极高的吸收性能,而且还具有高效的拒液、自清洁性能。
为实现上述目的,本发明采用的技术方案为:
一种基于MXene与笼状结构三维泡沫的超疏水太赫兹吸波器,包括:三维泡沫与Ti3C2Tx纳米片;其特征在于,所述太赫兹吸波器还包括:疏水涂层;所述三维泡沫以正十二面体为基本单元、周期性互连排列形成类富勒烯的笼状结构,笼状结构的孔径形状为正五边形或正六边形、孔径尺寸为500±50μm;所述Ti3C2Tx纳米片包覆于三维泡沫的骨架上、并于三维泡沫的骨架之间自组装为Ti3C2Tx微米薄片;所述疏水涂层由疏水纳米颗粒沉积于三维泡沫的骨架与Ti3C2Tx微米薄片表面形成。
进一步的,单层Ti3C2Tx纳米片的长度为500±50nm、厚度为5±2nm。
进一步的,疏水纳米颗粒采用二氧化硅纳米颗粒,疏水涂层的厚度为30±3nm。
进一步的,三维泡沫采用TPU(聚氨酯系热塑性弹性体)或PEBA(聚酰胺系热塑性弹性体)等柔韧性聚合物材料,通过3D打印工艺制备得到,三维泡沫的厚度为2mm。
进一步的,疏水涂层通过喷涂混合疏水溶液制备得到,所述喷涂工艺包括空气喷涂或等离子喷涂。
所述混合疏水溶液的制备过程为:按质量比称重配料,将5份三乙氧基-1H、1H、2H、2W-十三氟-正辛基硅烷(>97.0%)、1份气相二氧化硅(200m2/g)、40份无水乙醇(≥99.5%)与10份去离子水在室温下混合并搅拌12~24小时。
从工作原理上讲:
针对多孔吸收器需要保持干燥和自清洁的能力的需求,本发明提出了疏水处理的技术路线。超疏水表面的标准是,接触这些表面的水滴必须具有较大的表观接触角(大于150度)和较小的滚降角(小于10度);平板材料的疏水处理,常常在其表面做疏水涂层,SiO2纳米颗粒(NPs)和硅烷偶联剂(SCA)的混合溶液是最常见的疏水溶液,例如,中国发明专利CN201510956261.5中提出了一种超疏水改性二氧化硅的制备方法,中国发明专利CN202210365109.X中提出了一种纳米水合二氧化硅超疏水改性制备方法;但是,在多孔结构中要实现疏水处理却十分困难。
针对该问题,本发明设计了一种以正十二面体为基本单元、周期性互连排列形成类富勒烯的笼状结构三维泡沫,其孔径形状规则(均为正五边形或正六边形)、孔径尺寸均匀(500±50μm);其一,该笼状结构由于含有一定的空气因而有助于形成疏水表面;其二,三维泡沫中形状规则、尺寸均匀的孔能够避免小液滴穿过而进入材料内部,进而导致疏水效应失效;其三,匹配设计的Ti3C2Tx纳米片(MXene纳米片)能够在三维泡沫中形状规则、尺寸均匀的孔内高质量成膜(MXene薄膜),进而在三维泡沫的骨架之间自组装为Ti3C2Tx微米薄片,而该Ti3C2Tx微米薄片则能够作为纳米尺度疏水剂的承载平台,并且Ti3C2Tx微米薄片同时也能阻碍液滴穿透,有利于实现多孔吸收器的疏水处理。作为对比说明,本发明的发明人在中国发明专利CN202010778633.0中利用自然发泡的聚氨酯泡沫则无法实现上述疏水处理,具体问题在于:1)孔径尺寸极不均匀,从数10μm到500μm不等,在合成过程中无法兼顾多尺度孔成膜条件,导致很多孔内无法完全成膜,显著不利于实现疏水剂的粘附,导致该结构实现超疏水存在极大的困难;2)孔的形状也极不规则,导致MXene薄膜生长空间和薄膜不同位置的应力状态均有所不同,薄膜的质量均匀性较差,材料结构的完整性很容易受到破坏,同样极其不利于后续疏水层的沉积。
在上述三维泡沫的基础上,匹配设计Ti3C2Tx纳米片,使之在三维泡沫的骨架之间自组装为Ti3C2Tx微米薄片作为纳米尺度疏水剂的承载平台;进一步匹配设计纳米尺度疏水剂的配方,使之在三维泡沫骨架与Ti3C2Tx微米薄片表面,形成“微-纳米”层次疏水结构(微米特指骨架孔径和薄片的特征尺寸,纳米特指疏水剂的颗粒尺寸,两者结合是构建超疏水表面的主要路径),最终实现多孔吸收器的疏水处理;其中,正十二面体笼状结构的三维泡沫、Ti3C2Tx纳米片包覆、Ti3C2Tx纳米片自组装形成的微米薄片、疏水改性形成的“微-纳米”层次疏水结构相辅相成。更为详细的说:第一、笼状结构的三维泡沫骨架有利于Ti3C2Tx薄膜的大规模稳定均匀生长,并且有助于水滴的强脱落效应的构建;第二、孔隙中大量的Ti3C2Tx微米级薄片,有助于多次反射产生高THz吸收,且作为纳米疏水涂层的承载平台;第三、“微-纳米”层次疏水结构类似于荷叶表面的分层结构,并使Ti3C2Tx微米薄片变得非常粗糙,带来超疏水性能的同时不会削弱多孔材料的吸收性能;第四、超疏水特性由Ti3C2Tx纳米片包覆三维泡沫的多孔骨架与疏水涂层共同赋予,所以吸收器表面的液滴可以被弹起,使吸收器具有很强的自清洁性;最终,使得本发明宽带太赫兹吸收器具有超疏水特性和较强的抗液体刺穿性。
综上所述,本发明的有益效果在于:
本发明提供了一种基于MXene与笼状结构三维泡沫的超疏水太赫兹吸波器,获得了表观接触角超过159.0°与滚降角为7.6°的回水超疏水表面,同时,该吸收器在0.3~1.2THz范围内保持99.6%以上的超强宽带吸收;此外,该吸收器还具有自清洁的多功能特性,大大提高了其在恶劣环境下的使用寿命和吸收性能的稳定性,在许多太赫兹领域显示出突出的实际应用前景。
附图说明
图1为本发明实施例1中单层Ti3C2Tx纳米片的TEM图像。
图2为本发明实施例1中Ti3C2Tx薄膜和Ti3AlC2粉末的XRD图谱。
图3为本发明实施例1中MSF-P的SEM图像。
图4为本发明实施例1中MSF-M的SEM图像。
图5为本发明实施例1中三维泡沫的EDS光谱。
图6为本发明实施例1中MSF-P的EDS光谱。
图7为本发明实施例1中MSF-M的EDS光谱。
图8为本发明实施例1中MSF-M的结构示意图。
图9为本发明实施例2中Film-P与Film-M的表观接触角。
图10为本发明实施例2中PU-P与PU-M的表观接触角。
图11为本发明实施例2中MSF-P与MSF-M的表观接触角。
图12为本发明实施例2中MSF-P与MSF-M的滚降角。
图13为本发明实施例2中MSF-P与MSF-M的液滴反弹路径。
图14为本发明实施例2中MSF-P与MSF-M的太赫兹吸收率。
图15为本发明实施例2中PU-P与PU-M的THz透射和反射时域光谱。
图16为本发明实施例3中模拟牛奶污染的流程图。
图17为本发明实施例3中模拟粉尘污染的流程图。
图18为本发明实施例3中被污染与自清洁样品的太赫兹吸收率。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案与有益效果更加清楚明白,下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细说明。
实施例1
本实施例提供一种基于MXene与笼状结构三维泡沫的超疏水太赫兹吸波器,由如下步骤制备得到:
步骤1.三维泡沫的制备;
采用正十二面体作为基本单元,周期性互连排列形成类富勒烯的笼状结构,该结构孔径尺寸均匀(500±50μm),孔的形状规则(均为正五边形或正六边形);使得该笼状结构三维泡沫中,Ti3C2Tx纳米片很容易在孔内大规模稳定生长,从而自组装为高质量微米薄片,有利于后续疏水纳米颗粒沉积形成疏水涂层;
具体为:基于上述笼状结构三维泡沫的设计,采用TPU(聚氨酯系热塑性弹性体)或PEBA(聚酰胺系热塑性弹性体)等柔韧性聚合物材料,通过3D打印工艺制备得到所述三维泡沫,厚度为2mm;
步骤2.Ti3C2Tx悬浮液的制备;
采用混合酸(HF和HCl)选择性蚀刻Ti3C2Tx粉末(99.8%,~400目),制备Ti3C2Tx分散液;具体为:
步骤2.1.将2.5mL HF(48~51%)、12mL HCl(36~38%)与6mL去离子(DI)水混合,得到刻蚀溶液;
步骤2.2.将1g Ti3C2Tx粉末缓慢加入到刻蚀溶液中,并在35℃下搅拌24h(实现刻蚀);再使用离心机以3500rpm的转速用去离子水洗涤反应溶液,每次离心10分钟,直至pH>6,得到沉淀物;
步骤2.3.将获得的沉淀物与1g LiCl(99%)在50mL去离子水中混合,在混合液中搅拌4小时(实现插层);再使用离心机以3500rpm的转速用去离子水洗涤插层溶液,每次离心10分钟,直到沉淀物溶胀;将溶胀的沉淀物再次分散在去离子水中,使用离心机以7500rpm的转速离心,每次离心5分钟、重复收样3次,获得均匀分散的Ti3C2Tx悬浮液,其中,单层Ti3C2Tx纳米片的长度500±50nm、厚度5±2nm;
步骤3.原始MSF(基于Ti3C2Tx的笼状结构三维泡沫,3D foam with cage-likestructure based on Ti3C2Tx)的制备,标记为MSF-P;
采用三维泡沫制作MSF-P吸收器,具体为:将三维泡沫切成20mm×20mm的小块,再将其浸入50mL Ti3C2Tx悬浮液(浓度为6mg/mL)、并反复浸泡(≥3次),最后将泡沫在通风橱中自然干燥24h,得到纳米片自主装的MSF-P吸收器;
由于Ti3C2Tx材料在水中的良好分散性以及纳米片表面丰富的电负性官能团(例如-OH、-F和-O),一部分Ti3C2Tx纳米片首先包覆于三维泡沫的骨架上,紧接着,另一部分Ti3C2Tx纳米片在三维泡沫的骨架之间快速自组装为Ti3C2Tx微米薄片,这些微米薄片能够作为疏水纳米颗粒的承载平台;
步骤4.疏水改性MSF的制备,标记为MSF-M;
采用喷涂工艺在MSF-P表面喷涂混合疏水溶液制备疏水涂层,具体:按质量比称重配料,将5份三乙氧基-1H、1H、2H、2W-十三氟-正辛基硅烷(>97.0%)、1份气相二氧化硅(200m2/g)、40份无水乙醇(≥99.5%)与10份去离子水在室温下混合并搅拌24小时,获得混合疏水溶液;再将混合疏水溶液喷涂在MSF-P的正反面上,由于硅烷偶联剂具有极强的粘性,二氧化硅纳米颗粒紧紧粘附在三维泡沫骨架与Ti3C2Tx微米薄片表面,形成“微-纳米”层次疏水结构,从而得到宽带超疏水的MSF-M吸收器。
本实施例通过透射电子显微镜(TEM)测量单层Ti3C2Tx纳米片的典型尺寸,其长度为500±50nm、厚度为5±2nm,如图1所示。
本实施例通过X射线衍射图谱(XRD)测量Ti3C2Tx薄膜与Ti3AlC2粉末的特征峰,有效地证明Ti3C2Tx纳米片的高质量(002峰从Ti3AlC2-MAX相的9.5°变为Ti3C2Tx-MXene的6.9°),如图2所示。
本实施例通过扫描电子显微镜(SEM)测量MSF-P和MSF-M的微观结构和表面形态,如图3~4所示;由图3突出表明,Ti3C2Tx纳米片在泡沫大孔中自组装成丰富的微米薄片,这些导电Ti3C2Tx微米薄片是原始MSF-P获得高吸收的关键因素,更重要的是,这些微米薄片能够作为沉积硅烷偶联剂(SCA)和二氧化硅纳米颗粒(SiO2 NPs)涂层的承载平台;另外,为了在样品中获得足够的微米级薄片,本实施例选择浓度为6mg/mL的Ti3C2Tx分散液,这远高于饱和吸收的阈值;由图4表面显示,在疏水涂层沉积后的MSF,Ti3C2Tx微米薄片变得非常粗糙,形成许多褶皱,SiO2 NPs分散在Ti3C2Tx薄片表面,形成“微-纳米”层次疏水结构。
本实施例通过SEM能量色散光谱仪(EDS)对三维泡沫、MSF-P和MSF-M进行分析,如图5~7所示;由图可见,MSF-M比MSF-P有更多的Si、F和O元素,表明SCA和SiO2 NPs混合涂层成功沉积在MSF样品中。
综上,本实施例制备得到基于MXene与笼状结构三维泡沫的超疏水太赫兹吸波器的结构如图8所示,用以清晰说明多孔材料中超疏水表面和高吸收共存的工作原理,其中,正十二面体笼状结构的三维泡沫、Ti3C2Tx纳米片自组装为微米薄片、疏水改性形成的“微纳米”层次疏水结构相辅相成。
实施例2
本实施例在实施例1的基础上,对MSF-P和MSF-M的疏水性能和太赫兹性能进行对比测试;具体而言:本实施例对不同样品的表观接触角(CA)和滚降角(SA)进行测量和比较,如下所示:
1)针对Ti3C2Tx薄膜:如图9所示,原始Ti3C2Tx薄膜(标记为Film-P)是亲水性的,CA为45.0°,这可归因于Ti3C2Tx纳米片表面上的大量亲水官能团(例如-OH和-O),然而,经过疏水改性后,Ti3C2Tx薄膜(标记为Film-M)是疏水的,CA为124.9°;
2)针对三维泡沫:如图10所示,由于多孔结构的原因,所采用的纯三维泡沫(标记为PU-P)具有轻微的疏水性,CA为110.6°,而改性三维泡沫的CA(标记为PU-M)达到133.5°;
3)针对MSF-P和MSF-M样品:如图11所示,MSF-P样品的CA值甚至小于纯三维泡沫的CA值(110.6°),进一步证明Ti3C2Tx纳米片本质上是亲水的;而疏水改性的MSF-M样品具有超高疏水性,其CA达到159.0°;此外,MSF-P和MSF-M样品的滚降角(SA)如图12所示,MSF-M的SA≈7.6°,远小于MSF-P的SA≈90.0°,因此,根据CA≥150°和SA≤10°的临界标准,MSF-M吸收器获得了超疏水表面。
由此可见,在正十二面体笼状结构的三维泡沫的形状规则、尺寸均匀的孔隙中形成的丰富Ti3C2Tx微米薄片优化了样品的孔径,并作为后续疏水涂层的承载平台;同时,SCA和SiO2NPs的混合涂层降低了材料的表面化学能,并大大增加了样品的表面粗糙度;最终使得MSF-M吸收器获得超疏水表面。
进一步的,当水滴或雨滴自由落在多孔表面上时,可能会被刺穿并粘在表面上,而不是反弹回来,由于粘附在表面的液体会通过使吸收剂失效或改变阻抗匹配条件而削弱吸收材料的性能,因此,本发明希望水滴能够反弹并最终滚走,从而使表面始终保持干燥;然而,即使是超疏水表面也不能保证下落的液滴一定能从表面反弹,高效拒水表面除具有较高的杨氏接触角和较小的接触角滞后外,还必须具有较强的抗不可逆撞击能力。为了研究水滴的抗刺穿性,本实施例使用高速摄像机捕捉水滴落在MSF-P和MSF-M表面的运动路径,如图13所示;对于MSF-P,可以看到水滴被刺穿并粘在吸收器表面,而MSF-M的情况则完全不同:自由下落的水滴被强力反弹,然后在表面弹起多次,最终滑落表面。由此可见,疏水改性的MSF-M表面的粗糙度(如图4所示)、以及Ti3C2Tx微米薄片与粘附的SiO2 NPs形成的特殊“微-纳米”层次结构都有利于增强疏水表面的抗穿刺性。
更进一步的,作为一种吸波材料,在实际应用中应始终将高吸收率放在首位,实现超疏水性的表面改性可能会削弱吸收器的吸收性能,为了澄清这一问题,本实施例使用太赫兹时域光谱***(THz TDS)测量MSF-P和MSF-M的透射和反射,基于傅里叶变换原理,将太赫兹时域光谱转换为频域光谱,并与相应的参考信号进行比较,得到太赫兹吸收曲线,如图14所示;由图可见,在0.3~1.2THz频率范围内,MSF-M达到超过99.6%的高吸收,与MSF-P的吸收率(99.9%)之间的极小偏差完全在测量误差范围内。同时,本实施例还使用THz TDS***测量了PU-P和PU-M的太赫兹透射和反射,如图15所示;由图可见,两种样品都具有很强的太赫兹透射率和近零反射,从而产生类似的低吸收,一方面表明Ti3C2Tx微米薄片对太赫兹吸收的关键作用,另一方面证明本发明提出的疏水涂层在太赫兹波段是高度透明的,即对材料的吸收性能几乎没有负面影响。
实施例3
本实施例在实施例1的基础上,对MSF-P和MSF-M的自清洁特性的对比测试;具体而言:为了验证改性MSF的自清洁和防污性能,本实施例使用牛奶(密度为1.2g/ml)和粉笔灰(平均粒径为200μm)来模拟典型的环境污染。
如图16所示,当牛奶自由落到MSF-P上时,液滴会粘在样品表面,最终形成一层厚厚的液体层(标记为MSF-P-Milk),这将不可避免地影响样品的吸收特性;然而对于MSF-M,下落的牛奶滴以弹跳的方式从样品上滚落下来,表面上没有残留(标记为MSF-M-milk),结果证明疏水改性的MSF-M样品对水溶液的强自清洁特性。
除了液体,固体粉尘也是一种可能影响材料性能的常见污染物,由于吸收器是黑色的,本实施例采用粉红色的粉笔灰代表普通粉尘,用纯水滴冲刷粉末覆盖样品的表面,如图17所示;对于被粉笔灰覆盖的MSF-P,水滴被粘住并与粉笔粉尘混合,最终浸入多孔样品中(标记为MSF-P-chalk);相反,对于被粉笔灰覆盖的MSF-M,水滴与粉笔灰尘一起滚离样品,留下干净表面的样品(标记为MSF-M-Chalk)。
本实施例采用太赫兹时域光谱***研究上述被污染或自清洁样品在0.3~1.2THz频率范围内的吸收性能,获得的吸收率如图18所示;由图可见,MSF-P-Chalk与MSF-P-Milk的平均吸收率约为97%和90%,而MSF-M-milk与MSF-M-Chalk的平均吸收率保持在99.6%以上;由此可见,普通粉尘对太赫兹吸收有轻微影响,但表面的液体层会引起相当大的反射,从而明显削弱吸收性能。
综上所述,本发明提出了一种基于MXene与笼状结构三维泡沫的超疏水太赫兹吸波器,不仅具有极高的吸收性能,而且还具有高效的拒液、自清洁性能。具体为:采用十二边形笼状结构的三维泡沫,生长了孔内Ti3C2Tx成膜质量均匀的MSF,再通过MSF上喷涂SCA和SiO2 NPs的混合溶液,形成具有“微-纳米”层次结构的粗糙表面,解决了在普通多孔泡沫上实现超疏水表面困难的问题。最终,本发明疏水改性的MSF具有超疏水特性,表观接触角为159.0°,滚降角为7.6°;同时,在0.3~1.2THz频率范围内,疏水改性的MSF具有超过99.6%的超高宽带吸收;此外,疏水改性的MSF还具有对水溶液和灰尘颗粒的自清洁能力,大大提高了MSF在恶劣环境下的使用寿命和吸收性能的稳定性。
以上所述,仅为本发明的具体实施方式,本说明书中所公开的任一特征,除非特别叙述,均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换;所公开的所有特征、或所有方法或过程中的步骤,除了互相排斥的特征和/或步骤以外,均可以任何方式组合。

Claims (6)

1.一种基于MXene与笼状结构三维泡沫的超疏水太赫兹吸波器,包括:三维泡沫与Ti3C2Tx纳米片;其特征在于,所述太赫兹吸波器还包括:疏水涂层;所述三维泡沫是以正十二面体为基本单元、周期性互连排列形成类富勒烯的笼状结构,笼状结构的孔径形状为正五边形或正六边形;所述Ti3C2Tx纳米片包覆于三维泡沫的骨架上、并于三维泡沫的骨架之间自组装为Ti3C2Tx微米薄片;所述疏水涂层由疏水纳米颗粒沉积于三维泡沫的骨架与Ti3C2Tx微米薄片表面形成。
2.按权利要求1所述基于MXene与笼状结构三维泡沫的超疏水太赫兹吸波器,其特征在于,三维泡沫中孔径尺寸为500±50μm。
3.按权利要求1所述基于MXene与笼状结构三维泡沫的超疏水太赫兹吸波器,其特征在于,单层Ti3C2Tx纳米片的长度为500±50nm、厚度为5±2nm。
4.按权利要求1所述基于MXene与笼状结构三维泡沫的超疏水太赫兹吸波器,其特征在于,疏水纳米颗粒采用二氧化硅纳米颗粒,疏水涂层的厚度为30±3nm。
5.按权利要求1所述基于MXene与笼状结构三维泡沫的超疏水太赫兹吸波器,其特征在于,三维泡沫采用TPU(聚氨酯系热塑性弹性体)或PEBA(聚酰胺系热塑性弹性体),通过3D打印工艺制备得到,其厚度为2mm。
6.按权利要求1所述基于MXene与笼状结构三维泡沫的超疏水太赫兹吸波器,其特征在于,疏水涂层通过喷涂混合疏水溶液制备得到,所述喷涂工艺包括空气喷涂或等离子喷涂;所述混合疏水溶液的制备过程为:按质量比称重配料,将5份三乙氧基-1H、1H、2H、2W-十三氟-正辛基硅烷、1份气相二氧化硅、40份无水乙醇与10份去离子水在室温下混合并搅拌12~24小时。
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