一种三维多孔花状结构钴/碳纳米复合电磁波吸收材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种三维多孔花状结构钴/碳纳米复合电磁波吸收材料，所述电磁波吸收材料中的碳构成了花状结构的三维骨架，碳包覆的钴颗粒均匀分布在碳基体上。所述制备方法包括以下步骤：1）将二价无机钴盐作为合成氢氧化钴的前驱体，和表面活性剂按一定的质量比溶于溶剂中，在密闭条件下反应，反应完成后对产物进行洗涤、干燥，制得氢氧化钴；将制得的氢氧化钴进行煅烧处理，得到四氧化三钴粉体；2）将步骤1）中的四氧化三钴粉体与碳源混合，然后在密闭条件下反应，即得三维多孔花状结构钴/碳纳米复合电磁波吸收材料。本发明专利技术制备的电磁波吸收材料饱和磁化率高、矫顽力大、轻质、抗氧化能力强、具有优异的电磁波吸收性能。

【技术实现步骤摘要】
一种三维多孔花状结构钴/碳纳米复合电磁波吸收材料及其制备方法
本专利技术涉及电磁波吸收材料
，具体的，涉及一种三维多孔花状结构钴/碳纳米复合电磁波吸收材料及其制备方法。
技术介绍
随着无线电通讯技术的应用与普及，电磁波干扰和电磁波污染问题也随之日益突出，成为对人类健康的潜在威胁，同时也降低了人类通讯的质量，这些问题激发了人们对电磁波吸收材料的研究热情。根据电磁波的损耗机制，电磁波吸收材料可以主要分为磁损耗和介电损耗材料两种，其中磁损耗材料因为更有利于制备出更薄的电磁波吸收体而成为当前研究的热点。对于磁性电磁波吸收材料，材料的磁导率和介电常数决定了它的吸收性能。作为传统的磁性电磁波吸收材料，铁氧体具有强磁性和低导电率，已经得到人们广泛的研究和关注。但由于材料本身的Snoek局限性，铁氧体适用于低于GHz的频率范围。在高频率的GHz范围内，由于磁导率急剧减小，铁氧体在高频率范围中的吸收性能大大降低，导致其吸收层的厚度增加。金属磁体具有很高的饱和磁化率，它的Snoek局限性在很高的频率范围，即使在高频范围中它的磁导率还能保持很高，因而就能制备出更薄、更轻质、适用频率范围更加宽的电磁波吸收材料。但是当金属磁体用于电磁波吸收材料时也存在一个严重的问题，通常它们有很高的导电率，在电磁波环境中产生的涡流损失可以使材料的磁导率减小，从而严重影响材料的吸收性能。单纯的钴纳米材料电磁波吸收性能受到阻抗匹配等条件的限制，其吸收性能并不理想。例如：质量分数为50％的钴钠米线与石蜡的复合材料在2～18GHz频率范围内具有电磁波吸收，但吸收强度较弱，当吸收层厚度为5mm时，其最大的吸收强度仅为～23.5dB(参见文献:PhysicaB,2010,405(1484))。这主要归因于钴纳米的线状结构，使得材料分散度低，在石蜡复合材料中相互交联形成导电的网络，在电磁波环境中产生较大的涡流损失，降低了磁导率；另外，钴纳米线作为单一的磁性材料，介电损耗较差，致使阻抗匹配条件较差，导致材料的电磁波吸收强度较弱。为了降低涡流损失同时改善阻抗匹配条件，人们尝试将纳米金属磁体颗粒均匀分布在非导体介质中或者在磁体颗粒的表面包裹一层非导电薄膜用来抑制涡流损失。例如，文献TheJournalofPhysicalChemistryC，2011，115(14025)提供了一种钴/碳纳米管复合材料，其制备方法包括：a)将多壁碳纳米管浸泡在浓硝酸中进行酸化处理，然后离心干燥；b)将酸化后的碳纳米管分散到六水硝酸铁溶液中，在旋转蒸发仪上进行抽真空处理并用蒸馏水洗涤；c)将上一步反应得到的产物放入氢气气氛管式炉中，并在900℃条件下还原处理3h，得到MCNTs/Co。该钴/碳纳米管复合材料是一种新型的电磁波吸收材料，使得钴的阻抗匹配条件大大改善，吸波性能得到提高。但是，受金属磁体的颗粒尺寸大小、形态以及均匀性的影响，难以满足高性能电磁波吸收材料的要求；另外，其复杂的制备工艺和较高的制作成本也难以满足大规模工业化生产的需求。综上，现有的钴/碳纳米复合电磁波吸收材料在结构、性能等方面仍存在诸多问题，因此，有必要研究一种新的钴/碳纳米复合电磁波吸收材料。
技术实现思路
针对上述现有技术中存在的问题，本专利技术的旨在提供一种三维多孔花状结构钴/碳纳米复合电磁波吸收材料及其制备方法。本专利技术采用溶剂热和化学还原法相结合的合成路线工艺简单、成本低，制备的三维多孔花状结构钴/碳纳米复合电磁波吸收材料具有饱和磁化率高、矫顽力大、轻质、抗氧化能力强、电磁波吸收性能优异等特点。本专利技术的目的之一是提供一种三维多孔花状结构钴/碳纳米复合电磁波吸收材料。本专利技术的目的之二是提供一种三维多孔花状结构钴/碳纳米复合电磁波吸收材料的制备方法。本专利技术的目的之三是提供上述三维多孔花状结构钴/碳纳米复合电磁波吸收材料及其制备方法的应用。为实现上述专利技术目的，本专利技术公开了下述技术方案：首先，本专利技术公开了一种三维多孔花状结构钴/碳纳米复合电磁波吸收材料，所述电磁波吸收材料是由碳与钴组成的多相片层纳米复合粉体；其中，碳构成了花状结构的三维骨架，纳米级碳包覆在纳米级钴颗粒的外面形成碳包覆钴颗粒，碳包覆的钴颗粒均匀分布在碳基体上。所述三维多孔花状结构钴/碳纳米复合电磁波吸收材料中，所述碳为无定型碳；因为无定形碳的电阻率为远远大于金属磁体的电阻率，能够增加材料的电阻率，抑制涡流损失，大幅度提高材料的电磁波吸收性能。所述三维多孔花状结构钴/碳纳米复合电磁波吸收材料中，孔径为1～50nm。所述三维多孔花状结构钴/碳纳米复合电磁波吸收材料中，碳与钴的质量比为(1～60):(40～99)。所述三维多孔花状结构钴/碳纳米复合电磁波吸收材料的尺寸为5～6μm。所述三维多孔花状结构钴/碳纳米复合电磁波吸收材料中，钴颗粒的尺寸为20～100nm。其次，本专利技术公开了一种三维多孔花状结构钴/碳纳米复合电磁波吸收材料的制备方法；具体的，所述制备方法包括以下步骤：1)将二价无机钴盐作为合成氢氧化钴的前驱体，和表面活性剂按一定的质量比溶于溶剂中，在密闭条件下反应，反应完成后对产物进行洗涤、干燥，制得氢氧化钴；将制得的氢氧化钴进行煅烧处理，得到四氧化三钴粉体；2)将步骤1)中的四氧化三钴粉体与碳源混合，然后在密闭条件下反应，即得三维多孔花状结构钴/碳纳米复合电磁波吸收材料。步骤1)中，所述二价无机钴盐为CoSO4·6H2O、CoCl2·6H2O、Co(CH3COO)2·4H2O中的一种或两种。步骤1)中，所述表面活性剂为聚乙烯吡咯烷酮(PVP)，其同时也作为分散剂。步骤1)中，所述二价无机钴盐、表面活性剂的质量比为(1～10):(0.5～4)。优选的，所述二价无机钴盐、表面活性剂的质量比为1:2。步骤1)中，所述溶剂为甲醇；溶剂甲醇的用量本专利技术不作限定，按常规溶解量即可。步骤1)中，所述反应的温度为100～400℃，反应的时间为2～30h。优选的，所述反应温度为180～270℃，反应时间为1～10小时。步骤1)中，所述煅烧处理的条件为：温度300～500℃，时间1～5h。优选的，所述煅烧处理的条件为：温度350℃，时间3h。步骤2)中，所述碳源为吡咯，需要说明的是，吡咯在密闭条件下热解后可以分解出无定碳，一部分作为碳源使用，另一部分作为还原剂使用。步骤2)中，所述碳源和四氧化三钴粉体的质量比为1:(2～4)。优选的，所述碳源和四氧化三钴粉体的质量比为1:(2.5～3)。步骤2)中，所述反应的温度为500～600℃，时间为2～30h。优选的，所述反应的温度为500～550℃，时间为5～10h。最后，本专利技术公开了上述三维多孔花状结构钴/碳纳米复合电磁波吸收材料及其制备方法的应用，所述应用包括用于无线电通讯系统、防高频、微波加热设备、构造微波暗室、隐身技术。本专利技术电磁波吸收材料的制备原理为：前驱体中的二价无机钴盐的结晶水发生水解，水解产生的OH～离子与Co2+反应生成氢氧化钴沉淀，形貌为片与片堆叠形成的4～6μm的花状结构，表面活性剂的作用是进一步控制氢氧化钴沉淀的颗粒尺寸、减少氢氧化钴沉淀团聚；煅烧处理后氢氧化钴沉淀转化成了四氧化三钴粉体。然后碳源在500℃时热解分离出的无定形碳一部分作为碳源，另一部分作为还原剂将四氧化三钴表面的二价钴离子还本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种三维多孔花状结构钴/碳纳米复合电磁波吸收材料，其特征在于：所述电磁波吸收材料是由碳与钴组成的多相片层纳米复合粉体；其中，碳构成了花状结构的三维骨架，纳米级碳包覆在纳米级钴颗粒的外面形成碳包覆钴颗粒，碳包覆的钴颗粒均匀分布在碳基体上。

【技术特征摘要】
1.一种三维多孔花状结构钴/碳纳米复合电磁波吸收材料，其特征在于：所述电磁波吸收材料是由碳与钴组成的多相片层纳米复合粉体；其中，碳构成了花状结构的三维骨架，纳米级碳包覆在纳米级钴颗粒的外面形成碳包覆钴颗粒，碳包覆的钴颗粒均匀分布在碳基体上。2.如权利要求1所述的三维多孔花状结构钴/碳纳米复合电磁波吸收材料，其特征在于：所述碳为无定型碳。3.如权利要求2所述的三维多孔花状结构钴/碳纳米复合电磁波吸收材料，其特征在于：所述三维多孔花状结构钴/碳纳米复合电磁波吸收材料的尺寸为5～6μm，孔径为1～50nm，所述钴颗粒的尺寸为20～100nm。4.如权利要求3所述的三维多孔花状结构钴/碳纳米复合电磁波吸收材料，其特征在于：所述碳与钴的质量比为(1～60):(40～99)。5.如权利要求1-4任一项所述的三维多孔花状结构钴/碳纳米复合电磁波吸收材料的制备方法；其特征在于：所述制备方法包括以下步骤：1)将二价无机钴盐作为合成氢氧化钴的前驱体，和表面活性剂按一定的质量比溶于溶剂中，在密闭条件下反应，反应完成后对产物进行洗涤、干燥，制得氢氧化钴；将制得的氢氧化钴进行煅烧处理，得到四氧化三钴粉体；2)将步骤1)中的四氧化三钴粉体与碳源混合，然后在密闭条件下反应，即得三维多孔花状结构钴/碳纳米复合电磁波吸收材料。6.如权利要求5所述的三维多孔花状结构钴/碳纳米复合电磁波吸收材料的制备方法；其特征在于：步骤1)中，所述二价无机钴盐为CoSO4·6H2O、...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘久荣，刘伟，吴莉莉，吴楠楠，汪宙，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：山东,37