一维二氧化锆/碳纳米管纳米复合材料的制备方法及应用技术

本发明专利技术公开了一维二氧化锆/碳纳米管纳米复合材料的制备方法及应用，方法步骤如下：S1：将碳纳米管加入到去离子水中，并进行超声分散；S2：向S1所述的溶液中加入五水合硝酸锆和浓硝酸，溶解完成后调节溶液pH至碱性；S3：将所述S2中的溶液倒入反应釜中进行水热反应；S4：将所述S3反应后的产物用去离子水洗涤，并将所得沉淀冷冻干燥，得到一维二氧化锆/碳纳米管纳米复合材料。本发明专利技术方法简单，可大批量合成，易实现工业化生产，同时制备的一维二氧化锆/碳纳米管纳米复合材料在涂层厚度仅为1.5mm时，其反射损耗值小于‑10dB的频带宽度就达到了3.4GHz(11.3‑14.7GHz)，在涂层厚度仅为2mm时，其最大反射损耗值达到了‑39.7dB。

Preparation and application of one-dimensional zirconia/carbon Nanotubes Nanocomposites

【技术实现步骤摘要】
一维二氧化锆/碳纳米管纳米复合材料的制备方法及应用
本专利技术涉及电磁波吸收材料
，尤其涉及一维二氧化锆/碳纳米管纳米复合材料的制备方法及应用。
技术介绍
电子科学技术的进步，使得近几十年无线电子通讯设备得到了广泛应用。电磁波污染逐渐成为继水污染、土壤污染、大气污染之后人们身边的又一重要污染，特别是电磁波对人体健康和精密电子设备的干扰。解决电磁波污染的途径主要有屏蔽和吸收两种方式，而通过在物体的表面涂覆一层具有电磁波吸收能力的功能性涂层吸收电磁波，被认为是最有效和简单的解决方式。因此，涂覆型电磁波吸收材料的研究越来越受到重视，它主要有吸波剂、基体、添加剂和染料等成分组成，这其中能吸收电磁波的有效成分为吸波剂。随着对吸波材料研究的不断深入，目前较理想的吸波材料性能主要包括：吸收频带宽、吸波能力强、吸波涂层薄、质轻、稳定性好和多功能化等。碳纳米管为中空一维管状结构，是碳原子之间通过共价键结合而形成的一维结构的碳纳米材料，由于一维碳纳米管所拥有的独特的光学、催化、磁学、电学等性能，而被各学科领域的科学研究人员深入研究。另外，由于碳纳米管纳米复合材料所展现出的独特的电和磁性质，使得它在电磁波吸收材料领域具有很大的应用潜力。然而由于碳纳米管较强的导电能力，使其阻抗匹配性能较差因而无法获得较好的电磁波吸收性能。
技术实现思路
基于
技术介绍
存在的技术问题，本专利技术提出了一维二氧化锆/碳纳米管纳米复合材料的制备方法，该制备方法简单，可大批量合成，易实现工业化生产，且通过冷冻干燥可保证材料的一维结构在干燥的过程中不被破坏。本专利技术提出的一维二氧化锆/碳纳米管纳米复合材料的制备方法步骤如下：S1：将碳纳米管加入到去离子水中，并进行超声分散；S2：向S1所述的溶液中加入五水合硝酸锆和浓硝酸，溶解完成后调节溶液pH至碱性；S3：将所述S2中的溶液倒入反应釜中进行水热反应；S4：将所述S3反应后的产物用去离子水洗涤，并将所得沉淀冷冻干燥，得到一维二氧化锆/碳纳米管纳米复合材料。优选地，所述去离子水、碳纳米管和五水合硝酸锆的质量比为4:2-5:20-60。优选地，所述S1中超声分散的时间为1-2h，超声功率100-200W。优选地，所述S2中通过氨水调节溶液的pH至9-10。优选地，所述S3中水热反应的条件为：温度100-250℃、时间3-5h。优选地，所述S4中洗涤的次数为6-8次。优选地，所述S4中冷冻干燥的条件为：温度-25--15℃、时间20-28h。本专利技术提出的制备方法制备的一维二氧化锆/碳纳米管纳米复合材料。本专利技术制备的一维二氧化锆/碳纳米管纳米复合材料在电磁波吸收中的应用。作用机理酸化碳纳米管，使其表面存在缺陷和大量官能团，加入五水合硝酸锆，浓硝酸酸抑制水解，并提供硝酸根离子；加入氨水，调节PH到碱性，发生氧化还原反应，在高温反应一段时间，生成二氧化锆；二氧化锆与碳管在范德华力和静电作用的条件下，附着在一起。形成二元复合物。二氧化锆作为半导体金属氧化物，具有优异的耐火性，良好的机械强度，低导热性和良好的热稳定性等特征。二氧化锆广泛应用于许多领域，如电化学燃料电池，生物陶瓷和催化剂。但是，关于其微波吸收性能的报道很少。制备二氧化锆材料的途径涉及物理和化学方法。物理方法包括冷冻干燥法，高温喷雾热解等，化学方法包括沉淀，溶胶-凝胶，微乳液和水热/溶剂热方法。然而，大多数合成方法是复杂的并且需要高温煅烧条件。二氧化锆作为一种耐高温类型介电陶瓷类型材料，存在存在吸波机制单一，频带窄，吸波强度小等缺点。通过将二氧化锆纳米颗粒长在碳纳米管的表面，不仅可以提高碳纳米管的阻抗匹配能力，而且产生界面极化有利于它们通过协同效应对电磁波进行吸收，提高频带宽度和吸收强度。另外，在吸波材料中，二氧化锆/碳纳米管纳米复合材料的一维结构形成的网络结构有利于电磁波进入，而减小电磁波反射。在电磁波的辐照下，二氧化锆和碳纳米管之间会产生电子交换作用，且导电性能较好的碳纳米管内部会产生传导电流损耗，从而使一维二氧化锆/碳纳米管纳米复合材料获得了较好的电磁波吸收性能。与现有技术相比，本专利技术的有益效果：(1)本专利技术制备一维二氧化锆/碳纳米管纳米复合材料的方法简单，可大批量合成，易实现工业化生产，且通过冷冻干燥可保证材料的一维结构在干燥的过程中不被破坏；(2)制备的一维二氧化锆/碳纳米管纳米复合材料在涂层厚度仅为1.5mm时，其反射损耗值小于-10dB的频带宽度就达到了3.4GHz(11.3-14.7GHz)；(3)制备的一维二氧化锆/碳纳米管纳米复合材料在涂层厚度仅为2mm时，其最大反射损耗值达到了-39.7dB。附图说明图1为本专利技术提出的一维二氧化锆/碳纳米管纳米复合材料的X-射线衍射图谱；图2为本专利技术提出的一维二氧化锆/碳纳米管纳米复合材料的扫描电镜照片；图3为本专利技术提出的一维二氧化锆/碳纳米管纳米复合材料在1μm条件下的透射电镜照片；图4为本专利技术提出的一维二氧化锆/碳纳米管纳米复合材料在100nm条件下的透射电镜照片；图5为本专利技术提出的一维二氧化锆/碳纳米管纳米复合材料的电磁参数；图6为本专利技术提出的一维二氧化锆/碳纳米管纳米复合材料的反射损耗图。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术作进一步解说。实施例1S1：在40mg去离子水中加入20mg的碳纳米管，100W条件下超声分散1h；S2：向上述溶液加入200mg的污水硝酸钴、0.5ml浓硝酸，溶解完成后用氨水调节pH至9；S3：将溶液倒入反应釜中，在100℃条件下水热反应3h；S4：反应结束后，用去离子水洗涤6次，然后将所述沉淀在-25℃温度下冷冻干燥20h。实施例2S1：在40mg去离子水中加入50mg的碳纳米管，200W条件下超声分散2h；S2：向上述溶液加入600mg的污水硝酸钴、0.5ml浓硝酸，溶解完成后用氨水调节pH至10；S3：将溶液倒入反应釜中，在250℃条件下水热反应5h；S4：反应结束后，用去离子水洗涤8次，然后将所述沉淀在-15℃温度下冷冻干燥28h。实施例3S1：在40mg去离子水中加入40mg的碳纳米管，150W条件下超声分散1h；S2：向上述溶液加入500mg的污水硝酸钴、0.5ml浓硝酸，溶解完成后用氨水调节pH至10；S3：将溶液倒入反应釜中，在180℃条件下水热反应4h；S4：反应结束后，用去离子水洗涤7次，然后将所述沉淀在-20℃温度下冷冻干燥24h。实施例4S1：在40mg去离子水中加入40mg的碳纳米管，100W条件下超声分散1h；S2：向上述溶液加入500mg的污水硝酸钴、0.5ml浓硝酸，溶解完成后用氨水调节pH至9；S3：将溶液倒入反应釜中，在100℃条件下水热反应5h；S4：反应结束后，用去离子水洗涤6次，然后将所述沉淀在-25℃温度下冷冻干燥20h。实施例5S1：在40mg去离子水中加入40mg的碳纳米管，150W条件下超声分散2h；S2：向上述溶液加入500mg的污水硝酸钴、0.5ml浓硝酸，溶解完成后用氨水调节pH至10；S3：将溶液倒入反应釜中，在250℃条件下水热反应3h；S4：反应结束后，用去离子水洗涤6次，然后将所述沉淀在-15℃温度下冷冻干燥28h。本专利技术以实施例3为检测对象，对所得的一维二氧化锆/碳纳米管纳米复合材料的各项指标进行本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一维二氧化锆/碳纳米管纳米复合材料的制备方法，其特征在于，方法步骤如下：S1：将碳纳米管加入到去离子水中，并进行超声分散；S2：向S1所述的溶液中加入五水合硝酸锆和浓硝酸，溶解完成后调节溶液pH至碱性；S3：将所述S2中的溶液倒入反应釜中进行水热反应；S4：将所述S3反应后的产物用去离子水洗涤，并将所得沉淀冷冻干燥，得到一维二氧化锆/碳纳米管纳米复合材料。

【技术特征摘要】
1.一维二氧化锆/碳纳米管纳米复合材料的制备方法，其特征在于，方法步骤如下：S1：将碳纳米管加入到去离子水中，并进行超声分散；S2：向S1所述的溶液中加入五水合硝酸锆和浓硝酸，溶解完成后调节溶液pH至碱性；S3：将所述S2中的溶液倒入反应釜中进行水热反应；S4：将所述S3反应后的产物用去离子水洗涤，并将所得沉淀冷冻干燥，得到一维二氧化锆/碳纳米管纳米复合材料。2.根据权利要求1所述的一维二氧化锆/碳纳米管纳米复合材料的制备方法，其特征在于，所述去离子水、碳纳米管和五水合硝酸锆的质量比为4:2-5:20-60。3.根据权利要求1所述的一维二氧化锆/碳纳米管纳米复合材料的制备方法，其特征在于，所述S1中超声分散的时间为1-2h，超声功率100-200W。4.根据权利要求1所...

【专利技术属性】
技术研发人员：邢宏龙，刘清平，刘叶，
申请(专利权)人：安徽理工大学，
类型：发明
国别省市：安徽,34