摘 要

MXenes是一类兼具亲水性和金属导电性的新型二维材料，在许多领域拥有潜在应用，但MXenes较高的密度使其在介质中的分散稳定性不佳，一定程度上限制了其在聚合物复合材料中的应用。因此本课题采用物理和化学两种途径对Ti₃C₂T_x型MXene进行改性研究。研究表明，球磨的方法能够有效提升MXene的分散稳定性；KH-550与KH-570这两种硅烷偶联剂能够部分接枝到Ti₃C₂T_x表面，但效果不佳；异佛尔酮二异氰酸酯（IPDI）和甲苯二异氰酸酯（TDI）能够有效改变Ti₃C₂T_x的亲水/亲油特性。傅里叶变换红外光谱（FTIR）的研究表明IPDI、TDI能够与Ti₃C₂T_x间形成共价键，这为Ti₃C₂T_x型MXene与聚合物的复合提供了一种化学接枝的途径。

关键词：MXene 物理改性 化学改性 亲水/亲油性

Surface Modification and Characterization of MXene

Abstract

MXenes is a new type of two-dimensional material with both hydrophilicity and metal conductivity. It has potential applications in many fields, but the high density of MXenes makes it disperse poor in medium, which limits its application in polymer composites. Therefore, this study used physical and chemical methods to modify the Ti₃C₂T_x -MXene. Studies have shown that the ball milling method can effectively enhance the dispersion stability of MXene; KH-550 and KH-570, two kinds of silane coupling agent can be partially grafted to the surface of Ti₃C₂T_x, but the effect is not good; Isophorone diisocyanate (IPDI) and Toluene diisocyanate (TDI) can effectively change the hydrophilic/lipophilic properties of Ti₃C₂T_x. Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) studies have shown that IPDI, TDI can form covalent bonds with Ti₃C₂T_x, which provides a chemical grafting method for the combination of Ti₃C₂T_x -MXene and polymers.

Keywords: MXene physical modification

chemical modification hydrophilic/lipophilic

目 录

第一章 文献综述 1

1.1 引言 1

1.2 Mxene的概述 1

1.2.1 MXene的研究进展 1

1.2.2 MXene的物理性能 2

1.2.3 MXene的应用前景 3

1.2.4 MXene的表面改性 4

1.3 本课题研究的目的、内容和意义 6

第二章 实验部分 8

2.1 实验原料与仪器设备 8

2.1.1 实验原料 8

2.1.2 实验仪器 8

2.2 实验原理 9

2.3 实验操作 9

2.3.1 2种MXene的合成 10

2.3.2 MXene的物理改性 10

2.3.3 MXene的化学改性 10

2.4 性能测试及表征 11

2.4.1 相反转乳液测试 11

2.4.2 红外光谱测试及分析 11

第三章 结果与讨论 12

3.1 相反转乳液 12

3.1.1 KH-570改性 12

3.1.2 KH-550改性球磨MXene 15

3.1.3 TDI/IPDI改性球磨MXene 16

3.2 红外光谱分析 17

3.2.1 KH-570改性 17

3.2.2 KH-550改性球磨MXene 18

3.2.3 TDI/IPDI改性球磨MXene 18

第四章 结论与展望 20

参考文献 21

致谢 23

第一章 文献综述

• 1. 引言

当今世界，各类科学与工业技术正在高速发展，新兴科技的不断成长给人们带来了巨大的便利，生活水平日益提升，进而导致人们对物质质量要求也越来越高，同时带来一些负面影响。大量开采煤炭资源和不适宜的处理废弃材料使得生态出现了不平衡，全球气候变暖等问题，导致人与自然的关系越来越紧张，而去探索和发现新能源，努力推进低碳生活，对塑造更美好的人类社会有着相当大的帮助。本课题从探索新材料的角度出发，研究一种二维晶体结构的材料MXene，这种材料与它的母体MAX相性能不一样，其比表面积高、热导性与电导性优良使得它在电容器电极领域以及聚合物改性领域都具有很高的应用价值，用其来改性水性聚氨酯（WPU）可提高其强度、电磁屏蔽等性能^[]。但是由于目前MXene在WPU中的分散稳定性比较差，所以本课题欲对其进行研究，试图通过对其表面改性增强与聚合物的相互作用，提高相容性，或使两者之间能够形成化学键从而稳定分散并期望材料能获得良好的电学性能，使其能够得到更加广泛的应用^[2]。

1.2 Mxene的概述

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