【摘 要】
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随着科技的发展,各种高频率的电子通讯设备以及大功率的电子电气设备得到越来越广泛的使用,其造成的电磁辐射也得到越来越多的重视。同时也对吸波材料提出了越来越多的要求。理想的吸波材料应该具有损耗能力强、吸收厚度薄、吸收频带宽和质量轻的特性。二维MXene由于其独特的层状结构,固有缺陷以及一定程度的导电性,近年来成为吸波材料领域最具有潜力的材料之一。纯二维MXene表现出金属特性,经化学蚀刻法制备的MXe
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随着科技的发展,各种高频率的电子通讯设备以及大功率的电子电气设备得到越来越广泛的使用,其造成的电磁辐射也得到越来越多的重视。同时也对吸波材料提出了越来越多的要求。理想的吸波材料应该具有损耗能力强、吸收厚度薄、吸收频带宽和质量轻的特性。二维MXene由于其独特的层状结构,固有缺陷以及一定程度的导电性,近年来成为吸波材料领域最具有潜力的材料之一。纯二维MXene表现出金属特性,经化学蚀刻法制备的MXene表面有各种官能团,表现出半导体特性,其吸波机理主要为介电损耗,吸波机制单一,吸波效能及有效吸波带宽都有待提高。本文以二维MXene及其复合材料为研究对象,利用XRD、SEM等测试手段对材料进行了表征,利用矢量网络分析仪测试了材料的电磁参数,并模拟材料的吸波性能,最后对材料的吸波机理进行了探讨。本文的主要研究内容如下:（1）采用无压烧结法合成Ti3Al C2陶瓷,研究Al含量对Ti3Al C2陶瓷纯度的影响。发现当Ti、Ti C、Al的摩尔比为1∶2∶1.2时合成的Ti3Al C2陶瓷纯度最高。以该陶瓷为前驱体,质量分数为40%的HF为蚀刻剂,采用化学液相蚀刻法,研究蚀刻时间和蚀刻温度对Ti3C2材料的结构及吸波性能的影响。结果表明,当蚀刻时间为8h,蚀刻温度为25℃时制备的Ti3C2材料的吸波性能最好。当匹配厚度为2.6mm时,在11.3GHz处反射损耗达到极值-31.6d B,有效吸收带宽约0.61GHz（10.95～11.56GHz）。Ti3C2材料较高的吸收强度可能归功于在短蚀刻时间及低蚀刻温度下,材料内部杂质Al3+较多,松弛极化和偶极子极化明显。此外,Ti3C2材料的层状结构及高比表面积可以造成电磁波的多重反射与散射以及界面极化,这也会进一步衰减电磁能。（2）采用化学镀法,以吸波性能优异的Ti3C2为基体,在基体表面沉积Ag颗粒。探讨主盐浓度及分散剂对Ti3C2/Ag复合粉体的结构及吸波性能影响。发现随着主盐浓度增加,复合材料的吸波性能先降低后缓慢增加。当主盐浓度为5.27g/L,样品厚度在1.2～1.9mm之间变化时,测试频率范围内都有有效吸收频段（≤-10d B）,特别是当匹配厚度为1.3mm时,在11.12GHz反射损耗达到极值-24.06d B,有效吸收带宽2.2GHz（10.2GHz～12.4GHz）。匹配厚度为1.4mm时,在10.24GHz反射损耗达到极值-28.49d B,有效吸收带宽1.93GHz（9.42GHz～11.35GHz）。同时,该主盐浓度下样品的阻抗匹配性能也最优。当主盐浓度为7.87g/L,添加分散剂后样品的反射损耗与厚度的关系发生变化,随样品厚度增加吸收峰移向低频,吸收强度先增加后减小。阻抗匹配性能在添加分散剂后也得到增强。由于Ag颗粒的加入,改变了Ti3C2的微观形貌,优化了材料的电磁参数,所以提高了材料的吸波性能。对各个样品的微波损耗机理分析表明,样品的损耗机制主要有极化损耗、电导损耗、干涉相消。（3）采用化学镀法在基体表面沉积Co颗粒,制备Ti3C2/Co复合材料。探讨主盐浓度和缓冲剂对复合粉体的结构及吸波性能的影响。发现随着主盐浓度提高,样品的吸收强度提高,阻抗匹配性能先提高后降低。主盐浓度为60g/L,样品厚度为1.9mm时,在11.75GHz处吸收峰强度为-8.98d B。样品厚度为2.0mm时,在11.46GHz处吸收峰强度为-8.68d B。化学镀后样品虽未出现有效吸收带宽,然而同基体相比在相等的吸收强度下样品的匹配厚度更小,说明化学镀Co后样品的吸波性能提升。添加缓冲剂后,样品的吸收强度增强,样品厚度为1.9mm时,在10.36GHz吸收强度为-9.86d B。样品厚度为2.0mm时,在10.26GHz吸收强度为-9.59d B。添加缓冲剂后,阻抗匹配性能在高频得到优化。由于层状Ti3C2材料为介电损耗型吸波材料,损耗机制单一,所以金属Co的引入不仅可以引入新的损耗机制也可以提高材料的阻抗匹配性能。对样品的微波损耗机理研究表明,样品的损耗机制主要有极化损耗、自然共振、交换共振、电导损耗以及干涉相消。
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