科创中国
N、S共掺杂MXene/纤维素衍生碳气凝胶的制备方法
成果类型：: 发明专利
发布时间: 2026-06-04 14:32:55
科技成果产业化落地方案
方案提交机构：成果发布人| 徐景新 | 2026-06-04 14:32:55
本发明公开了N、S共掺杂MXene/纤维素衍生碳气凝胶的制备方法，具体为：通过LiF/HCl刻蚀MAX相前驱体制备具有少层结构的MXene溶液，进行冷冻干燥，之后利用MXene粉末和纤维素制备MXene/纤维素水凝胶；再将MXene/纤维素水凝胶浸渍在染料溶液中，进行冷冻干燥，最后置于管式炉中碳化，得到N、S共掺杂MXene/纤维素衍生碳气凝胶。本发明制备方法制备的杂原子掺杂的MXene基碳气凝胶同时具有质轻、吸收系数高、电磁屏蔽性能优异等优势，能够满足航空航天、电子封装及可穿戴电子设备等领域的应用要求。
本发明的核心技术在于精细的多步制备工艺。首先采用LiF/HCl刻蚀MAX相前驱体，获得具有少层结构的MXene溶液并冷冻干燥得到MXene粉末；然后将MXene粉末与纤维素复合形成MXene/纤维素水凝胶，利用纤维素良好的水凝胶成型能力构建三维骨架。接着将水凝胶浸渍于染料溶液中，以染料分子作为氮源和硫源实现均匀的N、S共掺杂，避免了复杂的前驱体添加步骤。随后进行冷冻干燥，确保气凝胶内部保留丰富的介孔和大孔结构，有利于电磁波的多重反射与散射。最后在管式炉中高温碳化，纤维素转化为导电碳骨架，与MXene形成紧密的异质界面，同时杂原子被原位掺杂到碳网络中，从而协同增强界面极化、传导损耗和偶极极化，赋予材料卓越的电磁屏蔽性能。
该N、S共掺杂MXene/纤维素衍生碳气凝胶在多个高端领域展现出广阔的应用前景。在航空航天领域，可作为飞行器蒙皮、卫星电子设备舱及雷达天线罩的轻质电磁屏蔽涂层或结构内衬，在不增加显著重量的前提下有效抵御电磁干扰，同时具备雷达隐身潜力。在电子封装领域，适用于高密度集成电路、5G通信模块、射频器件等，用作屏蔽衬垫或封装内衬，抑制电磁泄漏与串扰，保障信号完整性。在可穿戴电子设备中，该气凝胶柔性好、质量轻，可集成于智能手表、柔性健康监测贴片、智能服装等产品中，提供电磁防护的同时不影响穿戴舒适性。此外，该材料还可用于军用雷达吸波材料、民用电子产品防辐射外壳以及新能源装备的电磁兼容处理，市场需求持续增长，产业化潜力巨大。
西安理工大学 陈争艳 , 郭铮铮 , 张茂宇 , 任鹏刚
本发明带来的经济效益显著：原材料中纤维素为可再生生物质，来源广泛且成本低廉，MXene制备工艺相对成熟，整体生产成本可控，产品附加值高，有助于企业开拓轻质电磁屏蔽材料市场，形成差异化竞争优势。社会效益方面，该气凝胶可减少对铜、铝等传统金属屏蔽材料的依赖，降低资源消耗与环境污染；同时为农林废弃物中提取的纤维素提供了高值化利用途径，促进绿色低碳循环经济。技术效益上，本发明突破了杂原子掺杂与碳气凝胶复合的关键技术，为我国在高端电磁屏蔽材料领域实现自主创新、摆脱对外依赖提供了有力支撑，推动了碳气凝胶复合材料在国防和民用领域的实际应用进程，具有显著的科技引领和示范作用。
技术转让，许可，合作所需资金需双方协商，此项技术想尽快落地，希望具备此项技术研发的技术方，能够尽快承接此项目。
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