一种MOF@MXene增强树脂基复合材料的制备方法，属于材料科学领域。它主要解决MOF搭载于二维片层MXene的材料制备问题，MOF材料在树脂体系中的分散性差与团聚效应的问题。本发明专利技术是按照下述步骤实现的：一、钛碳化铝的刻蚀；二、MXene的收集；三、MXene@MOF材料的制备；四、MXene@MOF再树脂体系中的分散；五、MXene@MOF增强树脂基复合材料的制备。制备合成了具有弯曲与拉伸强度与模量提升，其中断裂吸收功与延伸率明显增大的MXene增强增韧树脂基复合材料。本发明专利技术制备方法简单，易于实施，成本低并且绿色环保。绿色环保。绿色环保。
【技术实现步骤摘要】
一种MOF@MXene增强树脂基复合材料的制备方法
[0001]本专利技术属于材料科学领域，具体涉及一种MOF@MXene增强树脂基复合材料的制备方法，包括增强相基元材料制备，纳米级多孔增强相制备，复合材料制备三方面内容。
技术介绍
[0002]二维纳米材料由于其独特的本征结构，往往具有优异的力学或功能特性，是作为轻量化树脂基复合材料增强相的优选。与氧化石墨烯相比，MXene具有相同数量级并略大的比表面能以及较高的有效杨氏模量，是作为增强相的理想材料。在此基础上，由于其本征电子结构特性、表面存在的大量功能化官能团和活性位点，使得其具有更为优异的电学、热学等功能特性，能够在实现增强的同时为树脂基复合材料的功能特性如电磁屏蔽、热稳定性的实现带来很有前景的提升空间，即实现材料结构
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功能一体化设计。
[0003]对MXene基增强相材料进行组元与结构设计，能够充分地发挥其增强增韧效果并避免片层直接发生团聚。目前复合材料的增强增韧方法多存在应变容限不高，操作复杂，轻量化增强效果差等缺点。考虑到二维材料的高比表面特性和MOF材料的纳观框架多孔特性，两者的纳米复合相对于实现较好的结合性和有效内应力释放、从而实现增强增韧效果具有着巨大的潜力。
技术实现思路
[0004]本专利技术提供一种MOF@MXene增强树脂基复合材料的制备方法，该方法实现了MOF搭载于二维片层MXene的纳观本征多孔增强体的材料制备，实现了纳米增强相充分流入浸渍，实现了片层的良好浸渍与框架的内应力释放与原位缓冲的复合效果，实现了树脂基复合材料的轻量化增强增韧的协同性提升。
[0005]纳米级多孔结构的MOF金属
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有机框架材料搭载于MXene片层上，得到外部由片层包覆、内部为纳米级的中空多孔结构。这种本征纳米级多孔结构能够避免纳米片层的直接接触团聚、并实现其与树脂浸渍性的提升，发挥其对裂纹扩展的阻拦与消耗作用，从而一定程度上能够改善树脂材料脆性断裂，达到增强增韧的力学性能提升效果。
[0006]为实现上述目的，本专利技术采取的技术方案如下：
[0007]一种MOF@MXene增强树脂基复合材料的制备方法，所述方法为：
[0008]步骤一：采用改性的原位生成氢氟酸刻蚀钛碳化铝的方法进行MXene的制备：按照0.8g～1g：1.6g～2g：20mL的比例取Ti3AlC2、氟化锂和浓盐酸，将氟化锂加入浓盐酸中混合均匀，再向其中加入钛碳化铝并混合均匀，混合溶液在35
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50℃下刻蚀36小时；
[0009]步骤二：将上述得到的溶液装入离心管中，在3500r/min条件下进行10min离心并倒掉上层酸液；首先进行醇洗处理，即在所得沉淀中加入无水乙醇并涡旋振荡30min，之后放入离心机中离心倒掉上清液并加入去离子水补充以除去乙醇；随后进行水洗处理，即在沉淀中加入去离子水并离心，反复倒掉上清液后加入去离子水并涡旋振荡，重复上述步骤直至溶液的pH值达到6.5～7，此时离心后的上层溶液应为蓝黑色；水洗后进行超声处理，将
上述步骤最后一次得到的离心沉淀加入去离子水后，利用涡旋振荡器摇匀，再放入超声机中进行超声；最后进行收集处理，将超声后溶液放入离心管中离心并收集上层清液，得到的上层溶液即为MXene水相分散液，按需配置出所需浓度；
[0010]步骤三：MXene@MOF增强相的制备：按照2.05～2.10g：1g：5.35～5.40g称取对苯二甲酸、氢氧化钠和SnSO4粉末，将对苯二甲酸、氢氧化钠和去离子水混合并磁力搅拌，1g氢氧化钠对应不少于600ml的去离子水；将SnSO4粉末与5mg/ml的MXene浆料混合并磁力搅拌，去离子水与MXene浆料的体积比为10～12：1；将含有SnSO4的混合溶液滴定在对苯二甲酸与氢氧化钠的混合溶液中，每十秒滴定0.8～1ml，在滴定过程中出现蓝黑色沉淀；在滴定完成后将含有蓝黑色沉淀的反应釜放入油浴锅中，在90℃恒温加热并磁力搅拌，完成之后降至室温继续磁力搅拌，将得到的产物利用抽滤装置进行过滤并洗涤，并重复不少于3次，得到Sn
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MXene@MOF初样品，将其放在鼓风干燥箱中干燥处理，取出后利用玛瑙研钵进行研磨，得到粉末状的MXene搭载于MOF的本征结构纳米级多孔的增强相MXene@MOF；
[0011]步骤四：MXene@MOF增强树脂基复合材料的制备：将步骤三中的MXene@MOF材料0.15
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0.25g放入50ml的丙酮中超声，之后将50g环氧树脂倒入超声混合物中在相同频率和功率下二次超声，将均匀分散的混合物放入烘箱中，温度设置为90℃去除内部的丙酮，将MXene@MOF初步分散在树脂体系中，将得到的树脂混合物降温至室温后在机械搅拌机下利用剪切流力进行搅拌，在打灯光的环境下没有观察到残留颗粒物；将复合树脂在真空干燥箱中进行排泡处理，直至上层气泡消失，按照环氧树脂与固化剂10：3的质量配比称取固化剂并倒入装有上述树脂烧杯中，用玻璃棒缓缓搅拌，直至表面没有油状，并且混合体系均匀稳定，将混合树脂放入真空干燥箱中抽至气泡消失，在模具上刷脱模剂，等待其干之后再刷一次，刷满三次为佳，将上述树脂取出倒入模具，在烘箱中40℃加热保温24h，取出脱模，制备出MXene@MOF增强树脂基复合材料。
[0012]进一步地，步骤一中，氟化锂应在盐酸中搅拌至少20min；所述缓慢引入钛碳化铝，每加入1g钛碳化铝的时间为10
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15min。
[0013]进一步地，步骤二中，在醇洗过程的离心中，除去乙醇并加入去离子水的步骤不少于3次；离心除去乙醇的转速为10000rmp；在水洗过程的离心中，离心转速为3500rmp，离心时间为5～10min；每次水洗去除上层清液后，加入去离子水并涡旋振荡15min；在最后一步离心沉淀加入去离子水后，所述摇匀需要使用涡旋摇振荡摇匀且时间不少于30min，至沉淀完全溶于水中，且静置时均匀稳定；超声处理所需时间应不少于30min；超声功率为500w、超声频率为80Hz；在收集过程的离心中，离心转速为1500rmp，每次离心时间为30min。
[0014]进一步地，步骤三中，所述对苯二甲酸与氢氧化钠混合溶液磁力搅拌时间为15～20min，搅拌速度为10～15rmp；所述对硫酸锡与MXene混合溶液磁力搅拌时间为15～20min，搅拌速度为15～20rmp；含有沉淀物的溶液在油浴锅中90℃下的加热时间不少于2h，且转速为10～12rmp；室温下的搅拌时间为3～3.5h，搅拌速度为10～12rmp；蓝黑色沉淀的过滤洗涤次数应该不少于3次；鼓风干燥机中干燥时间应不少于1.5h，直至干燥完全。
[0015]进一步地，步骤四中，加入丙酮后超声频率设为80Hz，功率设置为800w；加入丙酮后超声时间不少于30min；加入环氧树脂后二次超声时间不少于30min；高温烘箱除尽丙酮的时间应不少于3h，以保证完全除尽；复合树脂的剪切流力搅拌速度为1800
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【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种MOF@MXene增强树脂基复合材料的制备方法，其特征在于：所述方法为：步骤一：按照0.8g～1g：1.6g～2g：20mL的比例取Ti3AlC2、氟化锂和浓盐酸，将氟化锂加入浓盐酸中混合均匀，再向其中加入钛碳化铝并混合均匀，混合溶液在35
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50℃下刻蚀36小时；步骤二：将上述得到的溶液装入离心管中，在3500r/min条件下进行10min离心并倒掉上层酸液；首先进行醇洗处理，即在所得沉淀中加入无水乙醇并涡旋振荡30min，之后放入离心机中离心倒掉上清液并加入去离子水补充以除去乙醇；随后进行水洗处理，即在沉淀中加入去离子水并离心，反复倒掉上清液后加入去离子水并涡旋振荡，重复上述步骤直至溶液的pH值达到6.5～7，此时离心后的上层溶液应为蓝黑色；水洗后进行超声处理，将上述步骤最后一次得到的离心沉淀加入去离子水后，利用涡旋振荡器摇匀，再放入超声机中进行超声；最后进行收集处理，将超声后溶液放入离心管中离心并收集上层清液，得到的上层溶液即为MXene水相分散液，按需配置出所需浓度；步骤三：MXene@MOF增强相的制备：按照2.05～2.10g：1g：5.35～5.40g称取对苯二甲酸、氢氧化钠和SnSO4粉末，将对苯二甲酸、氢氧化钠和去离子水混合并磁力搅拌，1g氢氧化钠对应不少于600ml的去离子水；将SnSO4粉末与5mg/ml的MXene浆料混合并磁力搅拌，去离子水与MXene浆料的体积比为10～12：1；将含有SnSO4的混合溶液滴定在对苯二甲酸与氢氧化钠的混合溶液中，每十秒滴定0.8～1ml，在滴定过程中出现蓝黑色沉淀；在滴定完成后将含有蓝黑色沉淀的反应釜放入油浴锅中，在90℃恒温加热并磁力搅拌，完成之后降至室温继续磁力搅拌，将得到的产物利用抽滤装置进行过滤并洗涤，并重复不少于3次，得到Sn
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MXene@MOF初样品，将其放在鼓风干燥箱中干燥处理，取出后利用玛瑙研钵进行研磨，得到粉末状的MXene搭载于MOF的本征结构纳米级多孔的增强相MXene@MOF；步骤四：MXene@MOF增强树脂基复合材料的制备：将步骤三中的MXene@MOF材料0.15
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0.25g放入50ml的丙酮中超声，之后将50g环氧树脂倒入超声混合物中在相同频率和功率下二次超声，将均匀分散的混合物放入烘箱中，温度设置为90℃去除内部的丙酮，将MXene@MOF初步分散在树脂体系中，将得到的树脂混合物降温至室温后在机械搅拌机下利用剪切流力进行搅拌，在打灯光的环境下没有观察到残留颗粒物；将复合树脂在真空干燥箱中进行排泡处理，直至上层气泡消失，按照环氧树脂...
【专利技术属性】
技术研发人员：彭庆宇，赫晓东，张桂阳，赵旭，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：
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