一种新型纳米碳素吸波材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及新材料领域，具体是一种新型纳米碳素吸波材料及其制备方法。本发明专利技术通过将吸波性能也较好的铁、钴、锌、锰、铜这几种金属材料均匀的吸附在纳米碳素材料上，并形成一种特殊的结构形式“多层缺陷金属球”结构，这种“多层缺陷金属球”结构，当外界电磁波射到球体时，纳米碳素材料首先将电磁波吸收，然后电磁波在金属片内进行来回散射，经多次散射后，将电磁波充分转变为热能。本发明专利技术的新型纳米碳素吸波材料，其吸波范围达到0.5‑25um，包括了电磁波全波段，真正达到了电磁波全波段吸波的效果，并且其对电磁波的吸收率达到40‑45db，吸收效率较高，本发明专利技术的吸波类型为电阻形损耗，本发明专利技术是一种高效、全波段吸波的复合纳米吸波碳素材料。

【技术实现步骤摘要】
一种新型纳米碳素吸波材料及其制备方法
本专利技术涉及新材料领域，具体是一种新型纳米碳素吸波材料及其制备方法。
技术介绍
吸波材料是能够将电磁波吸收并转化为热能排放的一种功能性材料。迄今为止世界上已有多种吸波材料，有金属基的、非金属基的，复合型基的，但目前大多吸波材料由于损耗型介质的磁导率和电导率随入射电磁波频率的高边而改变，即电磁波参数的频散效应，通常很难找到一种单一的介质材料，可在宽频率范围内同时满足阻抗匹配和强吸收，大多只能在其相应的波段下才能吸波，所以找到一种相对结构简单、吸波能力强的材料具有非常重要的价值。碳是元素周期表中第二周期第IV的主族元素，其最外层电子结构为2S22P2，故其得失电子能力均较差，所以在常温下，其化学性质不活泼，在纳米尺寸状态下，由于其表面能很高、比表面积很大，因而其化学活性被大大激发，其表面原子既有可能获得4个电子成为2S22P6的稳定结构，也有可能失去4个电子形成1S2的稳定结构，同时也能失去2个2P电子成为1S22P2亚稳结构，也能获得1个电子形成2S22P3亚稳结构，从而使其在化学反应中常常表现出许多特异的性能。在多年的研究中已经被披露的多种纳米状态的碳素材料(石墨、纳米碳管、碳纤维材料、石墨烯等)都具有非常好的吸波性能，被称为碳系吸波材料，因此，纳米碳素材料作为吸波材料的基础是无可非议的，但是，目前单一的纳米碳素材料无法达到全波段吸波的效果，极大的影响了纳米碳素材料在吸波材料中的应用，导致纳米碳素材料良好的吸波性能未得到充分发挥。因此，寻找一种以纳米碳素材料为主要原料，能充分发挥纳米碳素材料良好的吸波性能的新型纳米碳素吸波材料是当务之急。
技术实现思路
为了解决现有技术中存在的上述技术问题，本专利技术提供一种新型纳米碳素吸波材料及其制备方法。一种新型纳米碳素吸波材料，其是以纳米碳素材料颗粒为骨架，在纳米碳素材料颗粒表面附着金属材料后，使纳米碳素材料骨架与表面的金属材料共同形成的多层缺陷金属球，所述多层缺陷金属球，其中的纳米碳素材料颗粒与金属材料多层交替不完全覆盖，使各层金属材料或纳米碳素材料颗粒自身之间具有空隙，使电磁波能从空隙中进入，部分被纳米碳素材料颗粒，其余部分在多层缺陷金属球内部发生多次散射。优选的，所述纳米碳素材料颗粒，是纳米碳粉。纳米碳粉颗粒度较小，吸波性能较好，作为吸波材料的基体效果较好。优选的，所述纳米碳素材料颗粒，其直径在10nm以下，纯度在90％以上。此条件下的纳米碳素材料颗粒细度较好，纯度较高，蒸镀效果较好，使用其制备得到的多层缺陷金属球对电磁波的吸收效果较佳。优选的，所述金属材料，是铁、钴、锌、锰、铜中的一种或多种(可重复蒸镀)。铁、钴、锌、锰、铜的吸波性能较好，对电磁波的散射效果也较好，并且较为适宜对纳米碳素材料颗粒进行蒸镀。优选的，所述金属材料，其纯度在99％以上。此时金属材料纯度较高，杂质较少，吸波和散射效果较好。所述的新型纳米碳素吸波材料的制备方法，包括如下步骤：(1)材料选择：选择合适的纳米碳素材料颗粒、金属材料；(2)蒸镀：采用蒸镀的方法，将金属材料镀到纳米碳颗粒上，形成多层缺陷金属球。优选的，所述蒸镀，是在1×10-5mmHg的压强下进行蒸镀。真空度不足会影响金属蒸汽的形成，并导致纳米碳素材料颗粒无法均匀分散至空中，与金属蒸汽接触得不够充分，而影响多层缺陷金属球的形成。优选的，所述蒸镀，其时间为达到指定温度后保持25-35min。此时蒸镀时间较为适中，形成多层缺陷金属球的效果较好，蒸镀时间过长会导致多层缺陷金属球的缺陷结构减少，甚至形成封闭的金属球，使电磁波不易进入多层缺陷金属球，并无法在多层缺陷金属球中进行多次散射，进而影响对其电磁波的吸收效果；蒸镀时间过短，会导致蒸镀效果较差，金属量过少，与纳米碳素材料颗粒错位搭接的金属片太短，达不到多次散射的效果，进而影响对其电磁波的吸收效果。优选的，所述蒸镀的温度，是400-1000℃。此范围可以满足较多金属的蒸镀需求，并且不同金属有着不同的优选蒸镀温度，铁、钴的适宜蒸镀温度为1000℃，锌的适宜蒸镀温度为400℃，锰、铜的适宜蒸镀温度为800℃。优选的，所述蒸镀，具体包括如下步骤：①制作真空蒸镀箱，蒸镀箱底部为可以移动的圆盘，其用于放置纳米碳素材料，在蒸镀箱的内壁附近设有可以加热的电极，所述电极是用步骤(1)中选择好的金属材料，且每个蒸镀箱仅使用一种金属材料；②将蒸镀箱抽真空到1×10-5mmHg，将电极加热到适当的温度，使金属成为金属蒸汽，所述电极为铁、钴时蒸镀温度为1000℃，电极为锌时蒸镀温度为400℃，电极为锰、铜时蒸镀温度为800℃；③将蒸镀箱的底盘往复移动，使纳米碳素材料颗粒均匀分散至空中，与金属蒸汽充分接触，使金属蒸汽自动镀到纳米碳颗粒上，然后停止蒸镀，保持真空状态撒入纳米碳素材料粉；④反复交替进行蒸镀与撒入纳米碳素材料粉，最终形成多层缺陷金属球。此时，各条件较为适中，蒸镀的效果较好。我方长期试验表明，纳米碳素材料作为吸波材料的基体是最好的材料，并且纳米碳素颗粒材料的颗粒度越小，材料的吸波性能越好，这里的吸波性能既包含了吸波的波长范围，也包括了将电磁波吸收的效果，但是单靠纳米碳素材料进行吸波，无法达到全波段的吸波效果，无法作为全波段的吸波材料。我方经过多年的努力，将吸波性能也较好的铁、钴、锌、锰、铜这几种金属材料均匀的吸附在纳米碳素材料上，并形成一种特殊的结构形式“多层缺陷金属球”结构，这种“多层缺陷金属球”结构，当外界电磁波射到球体时，首先纳米碳素材料将首先将电磁波吸收，然后电磁波在金属片内进行来回散射，经多次散射后，使电磁波通过在金属上的散射与纳米碳素材料的吸收，将电磁波充分转变为热能。与现有技术相比，本专利技术创造的技术效果体现在：本专利技术的新型纳米碳素吸波材料是以纳米碳素材料颗粒为骨架，在纳米碳素材料颗粒表面附着金属材料后，使纳米碳素材料骨架与表面的金属材料共同形成的多层缺陷金属球，所述多层缺陷金属球，其中的纳米碳素材料颗粒与金属材料多层交替不完全覆盖，使各层金属材料或纳米碳素材料颗粒自身之间具有空隙，使电磁波能从空隙中进入，部分被纳米碳素材料颗粒，其余部分在多层缺陷金属球内部发生多次散射，最终全部被吸收。本专利技术通过将吸波性能也较好的铁、钴、锌、锰、铜这几种金属材料均匀的吸附在纳米碳素材料上，并形成一种特殊的结构形式“多层缺陷金属球”结构，这种“多层缺陷金属球”结构，当外界电磁波射到球体时，纳米碳素材料首先将电磁波吸收，然后电磁波在金属片内进行来回散射，经多次散射后，将电磁波充分转变为热能。本专利技术的新型纳米碳素吸波材料，其吸波范围达到0.5-25um，包括了电磁波全波段，真正达到了电磁波全波段吸波的效果，并且其对电磁波的吸收率达到40-45db，吸收效率较高，本专利技术的吸波类型为电阻形损耗，本专利技术是一种高效、全波段吸波的复合纳米吸波碳素材料。附图说明图1是“多层缺陷金属球”的结构示意图。图2是“多层缺陷金属球”的吸波原理示意图。图3是“多层缺陷金属球”的吸波原理示意图。具体实施方式下面结合具体的实施方式来对本专利技术的技术方案做进一步的限定，但要求保护的范围不仅局限于所作的描述。实施例1一种新型纳米碳素吸波材料，通过如下方法制备：(1)材料选择：选择直径在10nm以下，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种新型纳米碳素吸波材料，其特征在于，其是以纳米碳素材料颗粒为骨架，在纳米碳素材料颗粒表面附着金属材料后，使纳米碳素材料骨架与表面的金属材料共同形成的多层缺陷金属球，所述多层缺陷金属球，其中的纳米碳素材料颗粒与金属材料多层交替不完全覆盖，使各层金属材料或纳米碳素材料颗粒自身之间具有空隙，使电磁波能从空隙中进入，部分被纳米碳素材料颗粒，其余部分在多层缺陷金属球内部发生多次散射。

【技术特征摘要】
1.一种新型纳米碳素吸波材料，其特征在于，其是以纳米碳素材料颗粒为骨架，在纳米碳素材料颗粒表面附着金属材料后，使纳米碳素材料骨架与表面的金属材料共同形成的多层缺陷金属球，所述多层缺陷金属球，其中的纳米碳素材料颗粒与金属材料多层交替不完全覆盖，使各层金属材料或纳米碳素材料颗粒自身之间具有空隙，使电磁波能从空隙中进入，部分被纳米碳素材料颗粒，其余部分在多层缺陷金属球内部发生多次散射。2.根据权利要求1所述的新型纳米碳素吸波材料，其特征在于，所述纳米碳素材料颗粒，是纳米碳粉。3.根据权利要求1所述的新型纳米碳素吸波材料，其特征在于，所述纳米碳素材料颗粒，其直径在10nm以下，纯度在90％以上。4.根据权利要求1所述的新型纳米碳素吸波材料，其特征在于，所述金属材料，是铁、钴、锌、锰、铜中的一种或多种。5.根据权利要求1所述的新型纳米碳素吸波材料，其特征在于，所述金属材料，其纯度在99％以上。6.权利要求1-5所述的新型纳米碳素吸波材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)材料选择：选择合适的纳米碳素材料颗粒、金属材料；(2)蒸镀：采用蒸镀的方法，将金属材料镀到纳米碳颗粒上，形成多层缺陷金属球。7.根据权利要求6所述的新型...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴翔，邓正刚，
申请(专利权)人：贵州火焰山电器股份有限公司，
类型：发明
国别省市：贵州,52