一种用于电磁屏蔽的空心层状氮杂碳微米管/纳米金属线复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种用于电磁屏蔽的空心层状氮杂碳微米管/纳米金属线复合材料及其制备方法，该复合材料由生物质直接热解碳化后的微米管作为基底结合纳米金属线的前驱液溶剂热方法制备得到，属于杂原子碳、金属复合微米管材料生产技术领域。本发明专利技术采用直接热解碳化的含杂原子的碳微米管材料作为基底，以预先制备的纳米金属线的分散液作为晶种液，滴加在碳材料上烘干后再次投入到金属线制备的前驱液中经过二次溶剂热生长，获得一种用于电磁屏蔽的空心层状氮杂碳微米管/纳米金属线复合材料。

A kind of hollow layered azacarbon nanotubes / nanowires composite for electromagnetic shielding and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种用于电磁屏蔽的空心层状氮杂碳微米管/纳米金属线复合材料及其制备方法
本专利技术涉及一种用于电磁屏蔽的空心层状氮杂碳微米管/纳米金属线复合材料及其制备方法，该复合材料由生物质直接热解碳化后作为基底结合纳米金属线的前驱液溶剂热方法制备得到，属于杂原子碳、金属复合材料生产

技术介绍
电磁感应方面的发现的近200年间，电磁技术得到飞速发展，在日常的工作、生活的电器、医疗设备、高压输电网等的广泛应用，使得电磁辐射污染成为严重的问题。电磁污染不仅对人体带来危害，甚至给国家军事、经济、信息安全带来了隐患。因此研究制备具有电磁屏蔽功能的材料有重要的现实意义。电磁屏蔽材料的原理是材料对电磁波的反射率的大小与界面两边的介电常数、磁导率的差异有关，界面两边介质的电磁性质差异越大，则反射率越大。当电磁波在异质介质由第一种介质经过界面垂直入射到第二种介质时会同时产生反射和透射，透射进入材料的电磁波会在材料内进一步衰减。因此只要有异质界面，就几乎一定会存在电磁波的反射。电磁屏蔽材料对于反射没有特殊的要求，因此对“阻抗匹配”也没有特殊的要求。由于空气是不导电的，对于非磁性的碳材料来说，其导电性越高，与空气的“差异”就更大，所以反射率也越高。可再生绿色清洁资源生物质作为前驱体制备碳材料由于低密度、良好的电化学性质、低成本、环境友好等特点受到广泛关注。自1991年日本电镜专家饭岛澄男发现了碳纳米管以来，准一维材料管状的碳纳米管和碳微米管的研究为碳材料的应用拓展了新的方向。碳微米管和碳纳米管发现的时间相近，但是研究落后于碳纳米管，相对于纳米管，微米管具有其特殊优势。因为纳米管受到小尺寸的限制，只能利用外壁且易阻塞，而碳微米管拥有微米尺度的结构，可以看作是由多层石墨烯卷起、搭接形成，内部碳以sp2形式杂化形成的无缝筒状中空结构，该杂化方式同时赋予材料特殊的光电特性，磁和热性质，与纳米管相当的力学性能、结晶性、导电、导热性及稳定性，在轴向拥有高模量和高强度，且比表面积大，缺陷影响小于碳纳米管，可以扩展出药物递送、微反应器等领域。碳管常用的制备方法有模板法和化学气相沉积法等，近年来研究者尝试了通过向碳材料中掺杂以氮为代表的杂原子来提高材料的性能，氮的存在促进电子传输效率，增加导电性，掺杂方式则采取原位掺杂或高温下使用氮气或氨气的改性来实现，但碳管的规模化制备由于受到工艺及后处理条件的限制难以实现。禾本科多年生草本植物芦苇(Phragmitesaustralis)植株高大，广泛分布于世界各地的湿地和草甸，适应性好，主要应用集中在芦根可以入药，芦苇纤维可以造纸、苇箔可用于织席和建筑领域，芦花(Reedcatkins)的白色绒毛芦苇的花序可以作为中药和枕芯，在野战中代替脱脂棉处理浅表伤口。芦花柔毛含有少量蛋白成分，而且作为生物质前驱体直接热解可以得到含杂原子氮的碳微米管，不同于目前采用的物理活化和化学活化两种制备碳材料的方法，直接热解碳化不需要添加活化剂，材料的后处理过程得到简化，同时，随着碳化热解温度的上升，极性官能团减少，极性降低，芳香化程度增强，石墨化程度较高，不需要外源性引入氮源。金属银、铜、镍、铝、铅等以及不锈钢丝等由于具有良好的导电性，因而拥有良好的屏蔽效能、机械性能、耐热和腐蚀，常应用在电磁屏蔽材料，在以往的研究中与服用纤维混纺，应用在带电作业的金属纤维防护服、幕布、通风板、抗静电服、防伪装置、隐形材料、保密室的墙布、电缆包布、气象天线包布等，其中含银的材料不仅防静电同时还有抗菌的功用。目前制备复合材料的方法主要是化学电镀和纤维混纺，在材料的实际应用中要求材料更好的导电性、轻质、低密度以及对成本的控制，尤其是在军用、飞行器等领域，碳材料拥有电和热的良好传导性和阻燃特性，低热膨胀系数，尤其是导电性能更强的含杂原子的碳材料和金属材料的结合是一个研究方向。目前研究碳微米管参与应用电磁屏蔽的报道不多，申请号201110210458.6的专利涉及一种富勒烯亚微米管的可控制备方法，通过特定光源下激发照射与不良溶剂混溶结晶析出；申请号201010617476.1的专利公开一种防静、电磁屏蔽的聚合物片材制造方法，由于碳纳米管具有优良的导电性,所以将其加入绝缘的聚合物材料中所生产的片材可获得良好的导电性能。这些报道均没有涉及纳米金属材料和生物质基的应用。本专利技术旨在利用生物质基的碳材料与纳米金属，制备良好的电磁屏蔽效能的复合材料，具体采用经过直接热解碳化的含杂原子的碳材料作为基底，以预先制备的纳米金属线的分散液作为晶种液，滴加在碳材料上烘干后再次投入到金属线制备的前驱液中，制得金属缠绕的空心层状氮杂碳微米管/纳米金属线复合材料。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题在于提供一种电磁屏蔽的空心层状氮杂碳微米管/纳米金属线复合材料制备方法，该方法工艺简单，结合紧密。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案为：一种用于电磁屏蔽的空心层状氮杂碳微米管/纳米金属线复合材料的制备方法，包括以下步骤：(1)将生物质材料芦花柔毛常温超声水洗、烘干，进行预处理；(2)将预处理芦花柔毛置于反应舟并放置在管式炉中，然后以惰性气体对炉腔进行吹扫；(3)在惰性气体保护下，将炉温从室温缓慢升温到活化温度进行活化，得氮杂碳空心微米管；(4)将步骤(3)中获得的空心层状氮杂碳微米管冷却至室温，经常温水洗至中性后干燥；(5)将步骤(4)中将含纳米银线的分散液作为晶种溶液滴加至空心层状氮杂碳微米管中，经烘干待用，得到银纳米线晶种-空心层状氮杂碳微米管；(6)将步骤(5)银纳米线晶种-氮杂碳空心微米管投入到含引发剂和生长抑制剂的银纳米线的前驱液中，然后采用溶剂热法进行反应获取空心层状氮杂碳微米管/纳米金属线复合材料。具体的，所述的生物质材料芦花柔毛应包含少量蛋白质，并拥有空心管状结构。具体的，所述反应舟的材质为石英、镍、陶瓷、石墨或刚玉。具体的，所述惰性气体为氮气或氩气，惰性气体气流流速为100～600ml/min，吹扫时间为5～10min，吹扫3次以上。具体的，步骤(3)中所述的活化温度为650～1000℃，活化时间为60～120分钟，所述缓慢升温的升温速度为1～5℃/分钟。具体的，步骤(4)所述冷却过程是在惰性气体保护下进行的。具体的，步骤(4)中所述的纳米银线制备体系为乙二醇或丙三醇体系。具体的，步骤(6)所述的引发剂为氯化钠、氯化铜和氯化铁中的一种，所述生长抑制剂为PVP，分子量为4～36W，溶剂热法温度为140～180℃，反应时间为3～5小时。本专利技术还提供一种如上述任一种方法制备得到氮杂碳微米管/纳米金属线复合材料，所述的该空心层氮杂碳微米管/纳米金属线复合材料由纳米银线缠绕空心层状氮杂碳微米管材料组成，其中银线长度为10～1000微米。具体的，所述的空心层状氮杂碳微米管/纳米金属线复合材料的电磁屏蔽效能在1MHz以上频率大于37dB。本专利技术制备空心层状氮杂碳的过程中，步骤(3)中碳化过程的温度控制会影响到氮杂碳材料的碳化程度及碳化质量。如果温度过低则生物质前驱体无法被碳化，而过高的温度，则会破坏已生成的孔道，成材料骨架的坍塌，而且过度的碳化会破坏表面的活性基团不利于引入金属线不利于复合过程，而且也会导致N元素的损失。本专利技术采用可抽真空、通气氛的管式炉可大限度减本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于电磁屏蔽的空心层状氮杂碳微米管/纳米金属线复合材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：(1)将生物质材料芦花柔毛常温超声水洗、烘干，进行预处理；(2)将预处理芦花柔毛置于反应舟并放置在管式炉中，然后以惰性气体对炉腔进行吹扫；(3)在惰性气体保护下，将炉温从室温缓慢升温到活化温度进行活化，得氮杂碳空心微米管；(4)将步骤(3)中获得的空心层状氮杂碳微米管冷却至室温，经常温水洗至中性后干燥；(5)将步骤(4)中将含纳米银线的分散液作为晶种溶液滴加至空心层状氮杂碳微米管中，经烘干待用，得到银纳米线晶种‑空心层状氮杂碳微米管；(6)将步骤(5)银纳米线晶种‑氮杂碳空心微米管投入到含引发剂和生长抑制剂的银纳米线的前驱液中，然后采用溶剂热法进行反应获取空心层状氮杂碳微米管/纳米金属线复合材料。

【技术特征摘要】
1.一种用于电磁屏蔽的空心层状氮杂碳微米管/纳米金属线复合材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：(1)将生物质材料芦花柔毛常温超声水洗、烘干，进行预处理；(2)将预处理芦花柔毛置于反应舟并放置在管式炉中，然后以惰性气体对炉腔进行吹扫；(3)在惰性气体保护下，将炉温从室温缓慢升温到活化温度进行活化，得氮杂碳空心微米管；(4)将步骤(3)中获得的空心层状氮杂碳微米管冷却至室温，经常温水洗至中性后干燥；(5)将步骤(4)中将含纳米银线的分散液作为晶种溶液滴加至空心层状氮杂碳微米管中，经烘干待用，得到银纳米线晶种-空心层状氮杂碳微米管；(6)将步骤(5)银纳米线晶种-氮杂碳空心微米管投入到含引发剂和生长抑制剂的银纳米线的前驱液中，然后采用溶剂热法进行反应获取空心层状氮杂碳微米管/纳米金属线复合材料。2.根据权利要求1所述的用于电磁屏蔽的空心层状氮杂碳微米管/纳米金属线复合材料制备方法，其特征在于：所述的生物质材料芦花柔毛应包含少量蛋白质，并拥有空心管状结构。3.根据权利要求1所述的用于电磁屏蔽的空心层状氮杂碳微米管/纳米金属线复合材料的制备方法，其特征在于：所述反应舟的材质为石英、镍、陶瓷、石墨或刚玉。4.根据权利要求1所述的用于电磁屏蔽的空心层状氮杂碳微米管/纳米金属线复合材料的制备方法，其特征在于：所述惰性气体为氮气或氩气，惰性气体气流流速为100～600ml/min，吹扫时间...

【专利技术属性】
技术研发人员：喻学锋，王昀，黄浩，康翼鸿，
申请(专利权)人：武汉中科先进技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北,42