本发明属于电磁功能材料，涉及电磁波吸收材料，具体提供一种基于ti3c2tx的金字塔状太赫兹波吸收材料的制备方法。
背景技术：
1、太赫兹(terahertz，thz)波是指频率在0.1thz～10thz范围内的电磁波，波长在3mm～30μm之间；由于太赫兹波具有频谱资源丰富、光子能量低、相干性好、超宽带等许多优良特性，在雷达探测、安检成像、无损检测、生物传感以及即将到来的6g通信等方面显示出了巨大的应用潜力。随着太赫兹实际应用的快速发展，对高性能太赫兹波吸收材料的需求日益增强，尤其在雷达探测、电磁屏蔽、无线通信、测试仪器性能提升等方面都迫切需要大带宽、高吸收强度(>99％)的太赫兹吸收材料；例如，在太赫兹成像和通信的收发两端，均需要太赫兹吸波材料来大量减少旁瓣辐射或杂波；在太赫兹准光测试系统中，也需要太赫兹吸波材料来降低背景噪声，从而提高测试精度；更重要的是，在未来的雷达探测技术中，太赫兹吸波材料可以减少雷达散射截面(rcs)，进而赋予太赫兹系统以隐身的特性。最后，太赫兹吸波材料还可以显著降低周围环境的电磁辐射，对于提高环境质量、保障人们健康也是极为重要的。因此，宽带、高吸收效率以及低成本的太赫兹吸收材料对太赫兹技术的发展和应用有着重要的实际意义。
2、ti3c2tx纳米片由于其超高的电导率与出色的比表面积，经常被用于吸波材料中作为电磁损耗型的吸收剂，常见的设计方案为结合ti3c2tx的超高导电性与有机聚合物良好的阻抗匹配制备出有机聚合物/ti3c2tx的复合材料。在此基础上，2022年东南大学团队在文献“gradient multilayer design of ti3c2tx mxene nanocomposite for strong andbroadband microwave absorption”中提出了一种基于ti3c2tx&pva的三层梯度吸波结构，其在8.2～12.4ghz频段的rlmin为-74.8db，由于其分散在pva中的吸波体为单层的ti3c2tx，单一浓度的复合材料难以实现阻抗匹配与对电磁波的高损耗，因此需要做成梯度多层结构，且其在宽频段内的吸收性能较差，难以实现如今对吸波材料宽频的需求。2023年香港城市大学团队在文献“3darchitectural mxene-based composite films for stealthterahertz electromagnetic interference shielding performance”中提出了一种基于ti3c2tx&pi的复合吸波材料，该材料使用简易的浇铸法制备了3d对称金字塔结构mxene复合膜，实现了优秀的电磁波屏蔽性能；但是，其没有关注阻抗匹配问题，分散在pi中的吸波体为多层的ti3c2tx，反射率较高，吸收性能较差，难以实现优良的吸收特性。综上所述，虽然ti3c2tx纳米片有着超高的导电性，但是现有的制备方法只能制备出单层纳米片或者层数不可控的多层纳米片，其阻抗匹配性能较差，无法满足如今对吸波材料宽频、高吸收率的需求；结合目前太赫兹波吸收材料存在的阻抗匹配与衰减匹配的矛盾、以及实用价值低下等问题，一种用于太赫兹电磁波吸收的高性能、低成本、高适用度的材料亟待研发。
技术实现思路
1、本发明的目的在于提供一种基于ti3c2tx的金字塔状太赫兹波吸收材料的制备方法，用以解决现有mxene复合薄膜因ti3c2tx纳米片层数不可控导致其阻抗匹配性能较差的问题。本发明首先，结合喷涂技术在有机聚合物薄膜基底上制备得到12～18nm厚、10～15层的二维纳米薄膜，该二维纳米薄膜具有最佳吸收的阻抗(188.5ω)，且层数可控；然后，再将ti3c2tx薄膜转移到有机聚合物溶液中，均匀混合形成可注塑的吸波溶剂，之后通过定制模具注塑成型，最终得到金字塔状太赫兹吸收材料；利用具有最佳层数的ti3c2tx纳米级薄膜的最佳阻抗以及其在有机溶剂中均匀随机分布的结构形成的导电网络能够实现优秀的吸收强度，在0.5～4.5thz的频率范围中可以实现反射损耗rl≤-25.7db、最小反射损耗rlmin≈-78.2db的吸收效果；并且，该吸收材料具有可弯折、应用稳定性可靠和轻薄等优异性能，该材料样品厚度在4～5mm之间；同时，该吸收材料还具有制备成本低、制备工艺便捷以及可大面积制备等诸多优点，具有十分优异的实际应用价值。
2、为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
3、一种基于ti3c2tx的金字塔状太赫兹波吸收材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
4、步骤1：采用酸性刻蚀液对ti3c2tx的前驱体ti3alc2进行选择性刻蚀，将反应产物离心洗涤后进行冷冻干燥，得到多层ti3c2tx粉末；将多层ti3c2tx粉末置于插层液中进行插层处理，将反应产物离心洗涤后得到ti3c2tx沉淀，再将其分散于去离子水中得到单层ti3c2tx悬浮液；
5、步骤2：取有机聚合物主剂与固化剂混合均匀，并利用真空箱抽真空除去气泡，得到液体状有机聚合物；
6、步骤3：取液体状有机聚合物，利用旋涂仪旋涂得到有机聚合物薄膜，并利用等离子清洗仪对有机聚合物薄膜表面做亲水处理；
7、步骤4：将单层ti3c2tx悬浮液导入喷涂设备中，在有机聚合物薄膜上喷涂得到厚度为12～18nm的ti3c2tx薄膜，形成ti3c2tx/有机聚合物复合薄膜；
8、步骤5：将形成ti3c2tx/有机聚合物复合薄膜破碎后加入液体状有机聚合物中，搅拌混合后利用真空箱抽真空除去气泡，得到预设负载量的ti3c2tx/有机聚合物混合液；
9、步骤6：将ti3c2tx/有机聚合物混合液倒入模具中，放入真空加热箱中完成固化，脱模得到所述基于ti3c2tx的金字塔状太赫兹波吸收材料。
10、进一步的，步骤1中，酸性刻蚀液由氢氟酸、盐酸和去离子水均匀混合得到，其中，按照质量百分比计：氢氟酸的浓度为49wt％、盐酸的浓度为38wt％，氢氟酸、盐酸与去离子水的体积比为5:12:24。
11、进一步的，步骤1中，插层液由固态氯化锂(licl)粉末与去离子水混合得到，其中，每40ml的去离子水溶解1g的氯化锂粉末。
12、进一步的，步骤1中，每1g的前驱体ti3alc2对应20.5ml的刻蚀液；每1g的前驱体ti3alc2对应40ml的插层液。
13、进一步的，步骤1中，单层ti3c2tx悬浮液的浓度为0.2-0.25mg/ml。
14、进一步的，步骤2中，有机聚合物为pdms，有机聚合物主剂与固化剂的比例为10：1。
15、进一步的，步骤2与步骤5中，真空箱内压强为100-1000pa、温度为25℃、放置时间为10-20分钟。
16、进一步的，步骤3中，旋涂仪的转速为3000-4000rpm，有机聚合物薄膜的厚度为50-100μm。
17、进一步的，步骤3中，等离子清洗仪在真空100-1000pa下工作2-5min，使有机聚合物薄膜表面由疏水性变为亲水性。
18、进一步的，步骤4中，喷涂机以25μl/min的速度挤出液体，喷头控制台以24cm/min的速度横向移动，纵向移动步长设置为1mm，喷头沿设定路径移动一圈完成一次喷涂，喷出的单层ti3c2tx悬浮液在接触到加热台后，水被蒸发掉，单层ti3c2tx纳米片被留在有机聚合物薄膜上，每喷涂一次都会在亲水处理后的有机聚合物表面留下2-4层ti3c2tx薄膜，共进行4次喷涂，形成10-15层ti3c2tx薄膜。
19、进一步的，步骤5中，ti3c2tx/有机聚合物混合液中ti3c2tx的负载量为5wt％。
20、进一步的，步骤6中，真空加热箱中压强为100pa、温度为60摄氏度，固化时间为2小时。
21、从工作原理上讲：
22、本发明提供一种基于ti3c2tx的金字塔状太赫兹波吸收材料的制备方法，制备得太赫兹波吸收材料的主体结构为金字塔结构，内部均匀分散着最佳层数的ti3c2tx纳米片。对于整体结构而言，材料表面附近为有机聚合物，ti3c2tx纳米片在此处分布的较少，能形成的导电通路较少，太赫兹波入射不会引起明显的趋肤效应，具有极低的电导率，使得材料表面的电磁参数与空气近似，实现了良好的阻抗匹配，从而太赫兹波能够几乎不被反射地进入到吸波材料内部。对于进入到材料内部的太赫兹波，由于分散在材料内部的ti3c2tx纳米片具有最佳的阻抗(188.5ω)，其在宽带下对于太赫兹波有着最高的吸收率，接近于50％的吸收率。太赫兹波入射到ti3c2tx纳米片上，一部分电磁能转换为热能被损耗掉，对太赫兹波造成了极强的电损耗；另一方面，ti3c2tx纳米片在有机聚合物内有横向、纵向、弯曲和堆叠等多种存在方式，太赫兹波在这些ti3c2tx纳米片之间进行多次的反射与散射，为太赫兹波提供了丰富的传输路径，随着多次的传播，太赫兹波的能量逐渐衰减。综上，太赫兹波在吸波材料内部产生了极强的衰减，实现了优异的吸波性能；同时，有机聚合物的存在，不仅使ti3c2tx纳米片的依附性大大增强，避免了ti3c2tx纳米片在实际使用过程中的脱落，还使得多层结构具有了柔性可弯折和疏水的特性，保证了吸波材料在实际应用中的工作稳定性。
23、综上，本发明具有如下的有益效果：
24、1.本发明采用喷涂技术和有机聚合物薄膜的转移特性，实现了ti3c2tx纳米片的层数、厚度可控，并且找到了阻抗最佳ti3c2tx纳米片对应的层数与厚度，最终转移到有机聚合物溶液中，形成了可浇铸的太赫兹波吸收材料；
25、2.本发明采用可固化浇铸的材料，配合定制磨具形成金字塔状结构，利用物理结构进一步降低对入射波的反射率，及进一步增强吸收材料对太赫兹波的吸收效果；
26、3.本发明制备得到的基于ti3c2tx的金字塔状太赫兹波吸收材料具有宽带强吸收特性，在0.5～4.5thz的测试范围rl≤-25.7db、rlmin≈-78.2db；并且，具有轻薄的物理特性、优异的机械性能和应用稳定性，可以任意弯折、拉扯、并且震动和摇晃后均可恢复原先形状；
27、5.本发明提供的基于ti3c2tx的金字塔状太赫兹波吸收材料的制备方法具有工艺简单、制备成本低廉等优点；同时，应用场景丰富，适配性强，具备大规模生产和使用的可行性。
1.一种基于ti3c2tx的金字塔状太赫兹波吸收材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.按权利要求1所述基于ti3c2tx的金字塔状太赫兹波吸收材料的制备方法，其特征在于，步骤1中，酸性刻蚀液由氢氟酸、盐酸和去离子水均匀混合得到，其中，按照质量百分比计：氢氟酸的浓度为49wt％、盐酸的浓度为38wt％，氢氟酸、盐酸与去离子水的体积比为5:12:24；插层液由固态氯化锂(licl)粉末与去离子水混合得到，其中，每40ml的去离子水溶解1g的氯化锂粉末；每1g的前驱体ti3alc2对应20.5ml的刻蚀液；每1g的前驱体ti3alc2对应40ml的插层液。
3.按权利要求1所述基于ti3c2tx的金字塔状太赫兹波吸收材料的制备方法，其特征在于，步骤1中，单层ti3c2tx悬浮液的浓度为0.2-0.25mg/ml。
4.按权利要求1所述基于ti3c2tx的金字塔状太赫兹波吸收材料的制备方法，其特征在于，步骤2中，有机聚合物为pdms，有机聚合物主剂与固化剂的比例为10：1。
5.按权利要求1所述基于ti3c2tx的金字塔状太赫兹波吸收材料的制备方法，其特征在于，步骤2与步骤5中，真空箱内压强为100-1000pa、温度为25℃、放置时间为10-20分钟。
6.按权利要求1所述基于ti3c2tx的金字塔状太赫兹波吸收材料的制备方法，其特征在于，步骤3中，旋涂仪的转速为2000-4000rpm，有机聚合物薄膜的厚度为50-100μm。
7.按权利要求1所述基于ti3c2tx的金字塔状太赫兹波吸收材料的制备方法，其特征在于，步骤3中，等离子清洗仪在真空100-1000pa下工作2-5min，使有机聚合物薄膜表面由疏水性变为亲水性。
8.按权利要求1所述基于ti3c2tx的金字塔状太赫兹波吸收材料的制备方法，其特征在于，步骤4中，喷涂机以25μl/min的速度挤出液体，喷头控制台以24cm/min的速度横向移动，纵向移动步长设置为1mm，喷头沿设定路径移动一圈完成一次喷涂，每喷涂一次在亲水处理后的有机聚合物表面留下2-4层ti3c2tx薄膜，共进行4次喷涂，形成10-15层ti3c2tx薄膜。
9.按权利要求1所述基于ti3c2tx的金字塔状太赫兹波吸收材料的制备方法，其特征在于，步骤5中，ti3c2tx/有机聚合物混合液中ti3c2tx的负载量为5wt％。
10.按权利要求1所述基于ti3c2tx的金字塔状太赫兹波吸收材料的制备方法，其特征在于，步骤6中，真空加热箱中压强为100pa、温度为60摄氏度，固化时间为2小时。
