一种多级孔碳/磁性电磁波吸收材料及其制备方法与应用技术

一种多级孔碳/磁性电磁波吸收材料及其制备方法与应用，涉及电磁波吸收材料。多级孔碳/磁性电磁波吸收材料的配比为：硝酸盐：0.5g或1g；明胶：1g；溶剂：20ml；将明胶溶于水中搅拌至溶解，得明胶溶液，在明胶溶液中加入硝酸盐，干燥后，得混合物；将所得混合物在氮气条件下煅烧进行碳化反应，冷却至室温后得到多级孔碳/磁性电磁波吸收材料。所述多级孔碳/磁性电磁波吸收材料可在制备隐身材料中应用。原材料配方对设备无特殊要求，生产条件温和，生产效率高，工艺简单，原材料便宜，生产成本低，制备过程中不需使用对人和环境有害的腐蚀性试剂，没有酸性副产物及酸性气体的产生，对工作人员、生态环境、生产设备友好。

【技术实现步骤摘要】
一种多级孔碳/磁性电磁波吸收材料及其制备方法与应用
本专利技术涉及电磁波吸收材料，尤其是涉及一步碳化反应使得硝酸盐诱导明胶自发泡形成微米孔，高温煅烧中硝酸盐产生的氧化物与碳反应形成纳米孔，以明胶和硝酸盐为原料制备的一种多级孔碳/磁性电磁波吸收材料及其制备方法与应用。
技术介绍
随着信息技术的快速发展，无处不在的电磁波对人类健康、电子安全和国防安全等造成了严重危害。为了有效消除不利的电磁波，人们一直致力于研究具有强吸收、宽频带和轻量薄层等优点的电磁波吸收剂，其中多孔材料由于其质量轻、价格低廉、孔结构易于调控、可以显著改善材料的电磁波吸收性能等，因此被大量应用于电磁波吸收领域。然而，目前报道的多孔吸波材料仍然存在诸多问题，例如，制备过程复杂、成本高、使用对人和环境有害的试剂、性能增强作用差等。中国专利CN201510292093.4公布了一种类蠕虫孔洞多孔碳/磁性粒子复合吸波剂及其制备方法。该方法是通过将聚丙烯腈与二氧化硅包覆的钴掺杂四氧化三铁粒子按照一定的比例通过溶液共混的方式混合，得到聚丙烯腈/磁性粒子溶液；将溶液涂覆于玻璃板上，快速转移至水中，浸泡，取出后于空气中干燥得到聚丙烯腈/磁性粒子多孔复合膜；将得到的聚丙烯腈/磁性粒子多孔复合膜在一定温度下预氧化、碳化，研磨得到具有类蠕虫孔洞多孔碳/磁性粒子复合吸波剂。该材料的类蠕虫孔洞直径为40～100nm，材料变现出较强的电磁波吸收特性，当厚度为1.5mm时，有效吸收带宽达到4GHz,材料表现出了对电磁波Ku波段较好的吸收。中国专利CN201610268827.X公布了一种以ZIF-67为模板制备CuO/多孔碳复合吸波材料的方法。该方法是用沉淀法合成金属有机骨架ZIF-67粉末；将ZIF-67粉末置于氮气下煅烧，将煅烧后的物质溶解于HF溶液中，得到去除金属Co的产物，将其标记为NPC；将NPC溶解于Cu(NO3)2溶液中，反应后去除上层溶液，将得到的固体物干燥处理后再在氮气中于300～600℃下煅烧，即得到CuO镶嵌的多孔碳复合吸波材料。产物S-300表现出了优异的微波吸收性能，在频率为11GHz，匹配厚度为2mm时，最优RL值可达到-27dB，RL小于-10dB的频带宽度为3.5GHz，当匹配厚度为1～5mm时，RL值小于-10dB的频率可以覆盖3～13GHz。论文“MicroporousCo@CNanoparticlesPreparedbyDealloyingCoAl@CPrecursors:AchievingStrongWidebandMicrowaveAbsorptionviaControllingCarbonShellThickness”(ACSAppl.Mater.Interfaces2017,9(51),44704-44714)提出了电弧等离子体反应制备多孔Co@C纳米颗粒。其制备方法为：先在混合气氛中通过电弧等离子反应制备CoAl合金，然后用甲烷为碳源在CoAl合金表面沉积碳的得到CoAl@C，最后用氢氧化钠将Al洗去得到Co@C。该方法制备得到材料的BET比表面积为20.4m2/g，最大发射损耗为-141.1dB,有效吸收带宽为7.3GHz，厚度为1.8nm。论文“Lightweightandefficientmicrowaveabsorbingmaterialsbasedonwalnutshell-derivednanoporouscarbon”(Nanoscale,2017，9，7408-7418)提出一种基于胡桃核衍生得到的纳米孔碳材料，其制备方法为：将清洗干燥后的胡桃核放置于氮气气氛下的管式炉中煅烧1h，之后将碳化后的产品与KOH混合均匀，干燥后在氮气气氛下，500～900℃的管式炉中煅烧2h，最后将活化过的样品用HCl洗至中性后得到纳米多孔碳材料。该方法制备材料的比表面积介于736.2～1101.4m2/g之间，总孔体积介于0.31～0.46cm3/g之间，其中性能最好的材料最大发射损耗为-42.4dB,有效吸收带宽为1.76GHz，厚度为2.0nm。从上述专利和文献可以看出，广泛应用于制备多孔材料的方法主要有模板法和化学活化法，然而模板法不仅需要使用昂贵的模板，其除去模板后处理过程也需要大量使用危害人体和环境的药剂如KOH或HF等；化学活化法通过用KOH活化制备多孔碳的工艺，其活化时间长，能耗高，成本高，污染严重。除此而外，这些多孔碳材料的吸波性能都很差，严重限制了多孔碳材料的发展。综上所述，发展绿色环保的新生产工艺以及制备性能优异的电磁波吸收材料具有极大的经济和生态意义。
技术实现思路
针对现有多孔电磁波吸收材料技术上存在的不足，且材料吸收强度低、吸收宽带窄、难以实现宽频带吸收等缺点，本专利技术旨在提供成本低、制备工艺简单、对人和环境友好的生产工艺，制备得到超宽有效吸收带宽、吸收强度高、厚度薄的多级孔电磁波吸收材料、条件温和、不需要使用对人和环境有害的腐蚀性试剂、生产成本低、重复性好、这将大大减少设备投资、降低工艺技术难度、提高工艺生产效率的一种多级孔碳/磁性电磁波吸收材料及其制备方法与应用。所述多级孔碳/磁性电磁波吸收材料的配比如下：硝酸盐：0.5g或1g；明胶：1g；溶剂：20ml；其中，硝酸盐和明胶以质量计算，溶剂以体积计算。所述硝酸盐可选自硝酸铁、硝酸钴、硝酸镍等中的一种。所述溶剂可采用水等。所述多级孔碳/磁性电磁波吸收材料的制备方法包括以下步骤：1)将明胶溶于水中搅拌至溶解，得明胶溶液，在明胶溶液中加入硝酸盐，干燥后，得混合物；在步骤1)中，所述水可采用80℃去离子水；所述干燥的温度可为80℃。2)将步骤1)所得混合物在氮气条件下煅烧进行碳化反应，冷却至室温后得到多级孔碳/磁性电磁波吸收材料。在步骤2)中，所述混合物在氮气条件下煅烧进行碳化反应可将混合物放置于管式炉中，在氮气条件下，600℃煅烧2h。所述多级孔碳/磁性电磁波吸收材料可在制备隐身材料中应用。在制备过程中使用的任何试剂都不需要前处理。以下给出应用测试：在常温常压下，将产品与石蜡按质量比为1︰1混合后使用矢量网络分析仪对产品的电磁参数进行测试。本专利技术的优点和技术效果如下：本专利技术所涉及的原材料配方对于生产设备无特殊要求，生产条件温和，生产效率高，工艺简单，原材料便宜，生产成本低，制备过程中不需使用对人和环境有害的腐蚀性试剂，没有酸性副产物及酸性气体的产生，对工作人员、生态环境、生产设备友好。本专利技术性能优异，其有效吸收带宽分别高达8.2、9.8、6.3GHz，可用在隐身材料等领域。附图说明图1为本专利技术实施例1～3制备的多级孔碳/磁性材料的氮气吸脱附等温线。图2为本专利技术实施例1制备的多级孔碳/磁性材料的电磁波吸收性能曲线。图3为本专利技术实施例2制备的多级孔碳/磁性材料的电磁波吸收性能曲线。图4为本专利技术实施例3制备的多级孔碳/磁性材料的电磁波吸收性能曲线。具体实施方式实施例1制备比表面积为234.8m2/g，孔体积为0.32cm3/g的多级孔碳/磁性材料。本实施例采用以下配方：硝酸铁：0.5g；明胶：1g；水：20ml。按照以下方法用上述配方组合物制备多级孔碳/磁性材料：1)先将称取好的明胶加入水中并置于85℃烘箱中，待明胶溶解完全后，加入称取好的硝酸铁并搅拌本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多级孔碳/磁性电磁波吸收材料，其特征在于其配比如下：硝酸盐：0.5g或1g；明胶：1g；溶剂：20ml；其中，硝酸盐和明胶以质量计算，溶剂以体积计算。

【技术特征摘要】
1.一种多级孔碳/磁性电磁波吸收材料，其特征在于其配比如下：硝酸盐：0.5g或1g；明胶：1g；溶剂：20ml；其中，硝酸盐和明胶以质量计算，溶剂以体积计算。2.如权利要求1所述一种多级孔碳/磁性电磁波吸收材料，其特征在于所述硝酸盐选自硝酸铁、硝酸钴、硝酸镍中的一种。3.如权利要求1所述一种多级孔碳/磁性电磁波吸收材料，其特征在于所述溶剂为水。4.如权利要求1所述多级孔碳/磁性电磁波吸收材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：1)将明胶溶于水中搅拌至溶解，得明胶溶液，在明胶溶液中加入硝酸盐，干燥后，得混合物；2)将步骤1)所得混合物在...

【专利技术属性】
技术研发人员：李磊，黄婷，吴正晨，
申请(专利权)人：厦门大学，
类型：发明
国别省市：福建,35