三维多孔氧化锰-钴复合电磁波吸收材料及其制备方法与应用技术

本发明专利技术涉及电磁波吸收材料技术领域，尤其涉及三维多孔氧化锰‑钴复合电磁波吸收材料及其制备方法与应用。所述复合电磁波吸收材料包括纳米级氧化锰和纳米级钴颗粒，其中，所述纳米级氧化锰和纳米级钴颗粒复合形成厚度为纳米级的多孔片层结构，所述多孔片层结构形成单分散的三维花状球结构。本发明专利技术的电磁波吸收材料制备不仅成本低、易制备，而且制备的复合电磁波吸收材料具有优异的饱和磁化率和矫顽力，体现出了对电磁波优异的吸收性能；另外，本发明专利技术制备的复合电磁波吸收材料还具有轻质的特点。

Three-dimensional porous manganese oxide-cobalt composite electromagnetic wave absorbing material and its preparation method and Application

【技术实现步骤摘要】
三维多孔氧化锰-钴复合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
，具体的，涉及三维多孔氧化锰-钴复合电磁波吸收材料及其制备方法与应用。
技术介绍
随着现代科技和电子工业的高速发展，各种电子通讯设备在各个领域内得到广泛应用，给人们的生产和生活带来了极大的便利。但各种数字化、高频化的电子电器设备在工作时向周围环境中辐射了大量不同波长的电磁波，从而导致了新的环境污染-电磁污染。与此同时，电子元器件也正向着小型化、轻量化、数字化和高密度集成化方向发展，灵敏度越来越高，很容易受到外界电磁干扰而出现误动、图像障碍以及声音障碍等。电磁污染不仅影响电子产品的性能实现，并且会对人体和其他生物造成严重危害。因此，电磁吸波材料的研究与发展在保护人体健康、防止电磁污染、保护精密仪器等方面具有重要意义。磁性钴金属颗粒作为典型的磁损耗型电磁波吸收材料，已经广泛地应用于电磁吸收材料的研究中。然而，大量研究表明纯的磁性金属在用于电磁波吸收时，其高电导率会导致电磁波在吸收剂-空气界面处的强反射，斯诺克极限导致其磁导率在高频处大幅下降，并且密度大、热稳定性差、有效吸收带宽窄。例如，文献RSCAdvances,2016,6(40845)将制备的树枝状金属钴与石蜡混合并测试其吸波性能，最大吸收强度在吸收层厚度为3mm时达到，仅为-35.6dB，最宽吸收带宽在1.5mm处达到，仅为4GHz。目前，为了改善Co磁性材料的电磁波吸收性能，通常选用高介电材料(如TiO2、MnO2、碳纳米管、石墨烯等)与其进行复合，降低磁性金属的电导率与密度，并且使复合材料的介电损耗能力得到提升。然而，本专利技术认为：由此导致的复合材料的介电常数较高，不利于吸波剂的阻抗匹配，并且复杂的复合过程也限制了材料的实际应用。因此，有必要进一步探索性能更好的电磁波吸收材料。
技术实现思路
针对现有纯钴电磁波吸收材料电导率高，对电磁波反射强，密度大，阻抗匹配特性差，以及有效吸收带宽窄等不足，本专利技术旨在提供三维多孔氧化锰-钴复合电磁波吸收材料及其制备方法与应用，本专利技术的电磁波吸收材料制备不仅成本低、易制备，而且制备的复合电磁波吸收材料具有优异的饱和磁化率和矫顽力，体现出了对电磁波优异的吸收性能；另外，本专利技术制备的复合电磁波吸收材料还具有轻质的特点。本专利技术的第一目的，是提供三维多孔氧化锰-钴复合电磁波吸收材料。本专利技术的第二目的，是提供所述三维多孔氧化锰-钴复合电磁波吸收材料的制备方法。本专利技术的第三目的，是提供包含所述三维多孔氧化锰-钴复合电磁波吸收材料的吸收体。本专利技术的第四目的，是提供上述三维多孔氧化锰-钴复合电磁波吸收材料及其制备方法以及吸收体的应用。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，本专利技术公开三维多孔氧化锰-钴复合电磁波吸收材料，所述复合电磁波吸收材料包括纳米级氧化锰和纳米级钴颗粒，其中，所述纳米级氧化锰和纳米级钴颗粒复合形成多孔片层结构，所述多孔片层结构形成单分散的三维花状球结构，孔结构主要存在于纳米级钴颗粒与纳米级氧化锰颗粒之间。本专利技术提供的所述三维多孔氧化锰-钴复合电磁波吸收材料，其饱和磁化率达到61.0emu/g，尤其是矫顽力Hcj，高达455.2Oe；制成的吸收体中，所述复合电磁波吸收材料质量百分比为80％时，该吸收体即可在5.7-18.0GHz频率范围内电磁波吸收达到RL<-10dB，即90％的电磁波被吸收，表现出了优异的电磁波吸收性能。进一步地，所述纳米级氧化锰和纳米级钴颗粒的直径在20-40nm之间。纳米级颗粒的复合不仅会产生更多界面，有利于界面极化的增强，还有利于提高磁性材料的磁晶各向异性与表面各向异性，这些特点极大地提高了材料对电磁波的损耗能力。进一步地，所述多孔片层结构的厚度为纳米级，优选为30-60nm之间，所述三维花状球结构的直径在1.0～3.0μm之间。进一步地，所述多孔片层结构中，孔的孔径在10-40nm之间。进一步地，所述氧化锰与钴的质量百分比依次序为34％～70％：66％～30％，优选为34％～55％：66％～45％，在这一优选范围内时，得到的复合电磁波吸收材料的性能更加优异。在设计电磁波吸收材料时，除了要考虑组分对电磁参数的影响以外，材料的微观形貌和颗粒尺寸也会对材料的电磁吸收性能产生重要的影响。研究发现，低介电半导体材料MnO由于其损耗能力低，电导率低，可作为透波材料来实现对磁性材料电磁参数的有效调控，改善材料的阻抗匹配特性，减少电磁波在入射界面处的反射，且可以有效抑制涡流效应的产生。另外，三维花状多孔结构由于其较大的比表面积，不仅能使电磁波在材料内部产生多重反射与衍射，增加电磁波损耗的路径，并且还有利于有效抑制涡流效应的产生。其次，本专利技术公开三维多孔氧化锰-钴复合电磁波吸收材料的制备方法，包括以下步骤：S1、将钴盐、锰盐、表面活性剂溶于溶剂中，将得到的混合物在密闭条件下反应，反应完成后对产物进行洗涤、干燥，得到锰钴氢氧化物；S2、将步骤S1得到的锰钴氢氧化物进行煅烧处理，得到锰钴双金属氧化物；S3、对步骤S2得到的锰钴双金属氧化物进行还原处理，即得三维多孔氧化锰-钴复合电磁波吸收材料。在锰钴双金属氧化物MnCo2O4(Mn2+、Co3+)和CoMn2O4(Co2+、Mn3+)中，由于高价锰在所采用的还原条件下仅能被还原为Mn2+，而高价钴却可以还原为钴单质，从而将所述锰钴双金属氧化物还原成单质钴与氧化锰的复合物。所述步骤S1中，钴盐、锰盐和表面活性剂三者的添加比例依次序为(1～2)mmol:(2～1)mmol:(0～1)g。优选的，所述钴、锰盐和表面活性剂的添加比例依次序2mmol:1mmlo:0.6g。进一步地，所述钴盐、锰盐分别为二价无机钴盐和二价无机锰盐，二价的无机钴盐和锰盐可被用于合成锰钴双金属氢氧化物，该氢氧化物作为得到氧化锰-钴复合物的前驱体，有利于得到三维花状球结构的电磁波吸收材料，由前文所述可知，这种结构能够有效抑制涡流效应的产生。优选的，所述二价无机钴盐选自六水硫酸钴(CoSO4·6H2O)、六水氯化钴(CoCl2·6H2O)、四水乙酸钴(Co(CH3COO)2·4H2O)中的任意一种或几种的组合。优选的，所述二价无机锰盐选自无水硫酸锰(MnSO4)、四水氯化锰(MnCl2·4H2O)、四水乙酸锰(Mn(CH3COO)2·4H2O)中的任意一种或几种的组合。所述步骤S1中，溶剂包括乙二醇等，所述溶剂能够满足钴盐、锰盐、表面活性剂的溶解即可，本专利技术不作限定。所述步骤S1中，表面活性剂包括聚乙烯吡咯烷酮(PVP)等，表面活性剂同时也作为形貌控制剂，起到控制颗粒尺寸、形貌以及减少团聚的作用。所述步骤S1中，反应温度为100-220℃，反应时间为8-30h。优选为在150-200℃反应18-24h，此反应条件下有利于得到形貌较为完整的三维花状结构。所述步骤S2中，煅烧处理的条件为：在350～600℃煅烧1～4h；优选为在400℃煅烧2h。煅烧温度过高或时间太长会破坏材料的形貌结构，影响材料的吸收性能。所述步骤S3中，还原处理的条件为：在氢气气氛下于300-500℃反应1-5h；优选为在350-450℃反应1-2h。进一步地，所述氢气流量为20-35mL/min。还原温度过高会本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.三维多孔氧化锰‑钴复合电磁波吸收材料，其特征在于：所述复合电磁波吸收材料包括纳米级氧化锰和纳米级钴颗粒，其中，所述纳米级氧化锰和纳米级钴颗粒复合形成多孔片层结构，所述多孔片层结构形成单分散的三维花状球结构，孔结构主要存在于纳米级钴颗粒与纳米级氧化锰颗粒之间。

【技术特征摘要】
1.三维多孔氧化锰-钴复合电磁波吸收材料，其特征在于：所述复合电磁波吸收材料包括纳米级氧化锰和纳米级钴颗粒，其中，所述纳米级氧化锰和纳米级钴颗粒复合形成多孔片层结构，所述多孔片层结构形成单分散的三维花状球结构，孔结构主要存在于纳米级钴颗粒与纳米级氧化锰颗粒之间。2.如权利要求1所述的三维多孔氧化锰-钴复合电磁波吸收材料，其特征在于：所述氧化锰与钴的质量百分比依次序为34％～70％：66％～30％；优选为34％～55％：66％～45％。3.如权利要求1或2所述的三维多孔氧化锰-钴复合电磁波吸收材料，其特征在于：所述纳米级氧化锰和纳米级钴颗粒的直径在20-40nm之间。4.如权利要求1或2所述的三维多孔氧化锰-钴复合电磁波吸收材料，其特征在于：所述多孔片层结构的厚度为纳米级，优选在30-60nm之间；所述三维花状球结构的直径在1.0～3.0μm之间。5.如权利要求1或2所述的三维多孔氧化锰-钴复合电磁波吸收材料，其特征在于：所述多孔片层结构中，孔的孔径在10-40nm之间。6.三维多孔氧化锰-钴复合电磁波吸收材料的制备方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：S1、将钴盐、锰盐、表面活性剂溶于溶剂中，将得到的混合物在密闭条件下反应，反应完成后对产物进行洗涤、干燥，得到锰钴氢氧化物；S2、将步骤S1得到的锰钴氢氧化物进行煅烧处理，得到锰钴双金属氧化物；S3、对步骤S2得到的锰钴双金属氧化物进行还原处理，从而将所述锰钴双金属氧化物还原成单质钴与氧化锰的复合物，即得三维多孔氧化锰-钴复合电磁波吸收材料。7.如权利要求6所述的制备方法，其特征在于：所述步骤S1中，钴盐、锰盐和表面活性剂...

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