本發(fā)明涉及電磁防護，具體涉及一種液態(tài)金屬-錳氧化物-mxene吸波相變復合顆粒及其制備方法和應用。

背景技術：

1、隨著科技的飛速發(fā)展，人們在日常生活和工業(yè)生產過程中都會使用到大量的消費電子產品和電子元器件，而這些產品和元器件在運行過程中可能會面臨電磁波輻射干擾而導致的設備運行異常問題，且電磁輻射污染也會對人體健康造成潛在的危害。為了解決上述電磁干擾和電磁輻射污染問題，各種高性能的電磁波吸收材料的開發(fā)和應用需求越來越迫切。然而，現有的電磁波吸收材料普遍存在阻抗匹配不佳、電磁吸收帶寬窄、匹配厚度大、功能比較單一等問題，難以完全滿足實際應用要求。

2、因此，開發(fā)一種吸收強度高、吸收頻帶寬、匹配厚度小、功能多樣的高性能電磁波吸收材料具有十分重要的意義。

技術實現思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種液態(tài)金屬-錳氧化物-mxene吸波相變復合顆粒及其制備方法和應用。

2、本發(fā)明所采取的技術方案是：

3、一種液態(tài)金屬-錳氧化物-mxene吸波相變復合顆粒，其組成包括液態(tài)金屬內核、錳氧化物中間殼層和mxene外包覆層。

4、優(yōu)選地，所述液態(tài)金屬-錳氧化物-mxene吸波相變復合顆粒包括以下質量百分比的組分：

5、液態(tài)金屬：57％～88％；

6、錳氧化物：4％～26％；

7、mxene：5％～16％；

8、表面活性劑：0.1％～1％。

9、進一步優(yōu)選地，所述液態(tài)金屬-錳氧化物-mxene吸波相變復合顆粒包括以下質量百分比的組分：

10、液態(tài)金屬：75％～88％；

11、錳氧化物：5％～15％；

12、mxene：5％～16％；

13、表面活性劑：0.4％～0.8％。

14、優(yōu)選地，所述液態(tài)金屬為單質鎵、鎵銦合金、鎵銦錫合金、鎵鋅合金中的至少一種。

15、優(yōu)選地，所述錳氧化物為二氧化錳、四氧化三錳、三氧化二錳中的至少一種。

16、優(yōu)選地，所述mxene為碳化鈦mxene、碳化錳mxene、碳化鋯mxene中的至少一種。

17、優(yōu)選地，所述表面活性劑為聚乙烯吡咯烷酮、十六烷基三甲基溴化銨、十六烷基三甲基氯化銨、十六烷基吡啶中的至少一種。

18、一種如上所述的液態(tài)金屬-錳氧化物-mxene吸波相變復合顆粒的制備方法包括以下步驟：

19、1)將液態(tài)金屬和表面活性劑分散在水中制成液態(tài)金屬分散液，再加入到高錳酸鉀溶液中進行反應，再進行產物分離和純化，得到液態(tài)金屬-錳氧化物復合顆粒；

20、2)將液態(tài)金屬-錳氧化物復合顆粒和表面活性劑分散在水中進行液態(tài)金屬-錳氧化物復合顆粒的表面改性，再進行產物分離和純化，得到表面改性液態(tài)金屬-錳氧化物復合顆粒；

21、3)將mxene分散在水中制成mxene分散液，再將表面改性液態(tài)金屬-錳氧化物復合顆粒加入到mxene分散液中進行mxene在表面改性液態(tài)金屬-錳氧化物復合顆粒表面的靜電吸附包覆，再進行產物分離和純化，即得液態(tài)金屬-錳氧化物-mxene吸波相變復合顆粒。

22、優(yōu)選地，一種如上所述的液態(tài)金屬-錳氧化物-mxene吸波相變復合顆粒的制備方法包括以下步驟：

23、1)將液態(tài)金屬和表面活性劑分散在水中制成液態(tài)金屬分散液，再加入到高錳酸鉀溶液中進行反應，再對產物進行離心和洗滌，再進行冷凍干燥，得到液態(tài)金屬-錳氧化物復合顆粒；

24、2)將液態(tài)金屬-錳氧化物復合顆粒和表面活性劑分散在水中進行液態(tài)金屬-錳氧化物復合顆粒的表面改性，再對產物進行離心和洗滌，得到表面改性液態(tài)金屬-錳氧化物復合顆粒；

25、3)將mxene分散在水中制成mxene分散液，再將表面改性液態(tài)金屬-錳氧化物復合顆粒加入到mxene分散液中進行mxene在表面改性液態(tài)金屬-錳氧化物復合顆粒表面的靜電吸附包覆，再對產物進行離心，再進行冷凍干燥，即得液態(tài)金屬-錳氧化物-mxene吸波相變復合顆粒。

26、優(yōu)選地，步驟1)所述分散為超聲分散，超聲的功率為200w～400w，超聲的時間為3min～30min。

27、優(yōu)選地，步驟1)所述液態(tài)金屬、表面活性劑、水的質量比為1:0.05～0.15:10～30。

28、優(yōu)選地，步驟1)所述液態(tài)金屬、高錳酸鉀的質量比為1:0.10～0.63。

29、優(yōu)選地，步驟1)所述反應在室溫下進行，反應的時間為10min～60min。

30、優(yōu)選地，步驟1)所述反應在攪拌狀態(tài)下進行，攪拌速度為400rpm～1500rpm。

31、優(yōu)選地，步驟1)所述離心在離心機轉速為2000rpm～3500rpm的條件下進行，離心的時間為3min～10min。

32、優(yōu)選地，步驟1)所述冷凍干燥在溫度為-50℃～-70℃的條件下進行，干燥的時間為12h～24h。

33、優(yōu)選地，步驟2)所述液態(tài)金屬-錳氧化物復合顆粒、表面活性劑、水的質量比為1:0.10～0.25:60～120。

34、優(yōu)選地，步驟2)所述分散為超聲分散，超聲的功率為250w～500w，超聲的時間為30min～60min。

35、優(yōu)選地，步驟2)所述離心在離心機轉速為2000rpm～3500rpm的條件下進行，離心的時間為3min～10min。

36、優(yōu)選地，步驟3)所述mxene、水的質量比為1:200～2400。

37、優(yōu)選地，步驟3)所述表面改性液態(tài)金屬-錳氧化物復合顆粒、mxene的質量比為1:0.05～0.20。

38、優(yōu)選地，步驟3)所述分散為超聲分散，超聲的功率為250w～500w，超聲的時間為30min～90min。

39、優(yōu)選地，步驟3)所述靜電吸附包覆在室溫下進行，時間為6h～12h。

40、優(yōu)選地，步驟3)所述靜電吸附包覆在攪拌狀態(tài)下進行，攪拌速度為400rpm～1500rpm。

41、優(yōu)選地，步驟3)所述離心在離心機轉速為2000rpm～3500rpm的條件下進行，離心的時間為3min～10min。

42、優(yōu)選地，步驟3)所述冷凍干燥在溫度為-50℃～-70℃的條件下進行，干燥的時間為12h～24h。

43、一種如上所述的液態(tài)金屬-錳氧化物-mxene吸波相變復合顆粒在5g通信領域、消費電子領域或國防軍工領域的應用。

44、本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明的液態(tài)金屬-錳氧化物-mxene吸波相變復合顆粒具有優(yōu)異的電磁波吸收性能，同時還具有相變吸熱降溫功能，且匹配厚度小、制備方法簡便，適用于5g通信、消費電子、國防軍工等領域。

45、具體來說：

46、1)本發(fā)明的液態(tài)金屬-錳氧化物-mxene吸波相變復合顆粒具有獨特的三層核殼結構(即液態(tài)金屬為內核，錳氧化物為中間殼層，mxene為外包覆層)，可以有效調節(jié)復合顆粒的電磁參數實現阻抗匹配，同時三層核殼結構兼有介電損耗、導電損耗、多重界面極化損耗機制，使得復合顆粒具備優(yōu)異的吸波性能；

47、2)本發(fā)明通過完整的錳氧化物殼層來包覆液態(tài)金屬，解決了液態(tài)金屬容易泄漏和表面氧化的問題，且液態(tài)金屬具有高體積相變潛熱的特性，賦予了復合顆粒相變吸熱降溫功能，可以起到良好的導熱散熱效果，同時由于錳氧化物屬于介電材料，可以有效改善液態(tài)金屬與mxene之間由于高介電而導致的阻抗失配現象，增強了界面極化作用，從而提高了復合顆粒的電磁波吸收性能；

48、3)本發(fā)明中液態(tài)金屬與高錳酸鉀之間反應溫和(液態(tài)金屬和高錳酸鉀在二者界面位置發(fā)生電置換反應)，可以在室溫條件下自發(fā)進行，反應無需高溫，可以有效避免mxene的氧化；

49、4)本發(fā)明的液態(tài)金屬-錳氧化物-mxene吸波相變復合顆粒的制備方法簡便，全程綠色環(huán)保，適合進行大規(guī)模工業(yè)化生產和應用。