吸波剂及其制备方法和吸波材料技术

本发明专利技术涉及一种吸波剂，所述吸波剂包括碳材料空心微球、连接在所述空心微球表面的多个碳纳米管和包覆于所述碳纳米管顶端的金属纳米粒子。本发明专利技术还涉及一种吸波剂的制备方法和一种吸波材料。

【技术实现步骤摘要】
吸波剂及其制备方法和吸波材料
本专利技术涉及吸波材料
，特别是涉及一种吸波剂及其制备方法和吸波材料。
技术介绍
随着信息技术的迅速发展，人们在医疗保健、电子安全、国防安全等方面，对高强吸波材料需求紧迫，尤其是雷达、卫星等新型多频带、宽带、大功率电子器件，对新型吸波材料提出了更轻、更薄、更宽、更强的要求。目前广泛使用的吸波材料主要有磁性材料、碳材料、陶瓷材料等。其中磁性材料的单点吸波能力较强，但是频带较窄，同时也存在磁性不稳定、易氧化、密度大、质量重等缺点。碳材料具有轻质，物理化学性质稳定的优点，但同时也存在吸波带宽窄等问题。将磁性材料与碳材料或者陶瓷材料复合制备新的杂化材料是目前制备新型吸波材料的常用手段，同时通过结构设计将材料纳米化，空心化提升内部界面，增加界面极化也是衰减电磁波的重要方法，但是目前所研发的核壳结构、空心结构、片层结构、管状结构的吸波材料，结构单一，界面极化有限，要进一步提升材料的吸波性能通常以增加材料厚度或增加填料含量为代价，在吸波性能上升的同时也会带来质量重，耗材多等缺点。
技术实现思路
基于此，有必要提供一种宽频带、低厚度、强吸收的吸波剂及其制备方法和吸波材料。本专利技术提供一种吸波剂，所述吸波剂包括碳材料空心微球、连接在所述空心微球表面的多个碳纳米管和包覆于所述碳纳米管顶端的金属纳米粒子。在其中一个实施例中，所述碳材料空心微球为无定型碳空心微球。在其中一个实施例中，所述碳材料空心微球的粒径为350nm至400nm。在其中一个实施例中，所述碳纳米管的长度为1μm至1.4μm，平均外径为35nm至40nm。在其中一个实施例中，所述空心微球表面包括10至15个碳纳米管。在其中一个实施例中，所述金属纳米粒子为零价铁、零价镍、零价钴纳米粒子中的至少一种。在其中一个实施例中，所述金属纳米粒子的平均粒径为8nm～10nm。本专利技术还提供一种吸波剂的制备方法，包括以下步骤：提供核壳结构复合微球，所述核壳结构复合微球包括内核和包裹在内核外表面的外壳，所述内核为不成碳有机聚合物微球核，所述外壳为成碳有机聚合物包覆层；利用超临界CO2负载技术在所述核壳结构复合微球壳表面负载催化剂前驱体；以及在惰性气流下对负载有所述金属催化剂前驱体的核壳结构复合微球进行烧结，以使所述内核裂解生成气相碳质小分子并形成空腔及使所述外壳烧结成碳材料空心微球，所述金属催化剂前躯体被所述碳材料空心微球还原为金属纳米粒子，所述气相碳质小分子作为碳源在所述金属纳米粒子的催化作用下于所述空心微球表面形成碳纳米管。在其中一个实施例中，所述不成碳有机聚合物为聚苯乙烯或聚甲基丙烯酸甲酯。在其中一个实施例中，所述外壳的厚度为15nm至25nm。在其中一个实施例中，所述成碳有机聚合物为聚多巴胺、葡萄糖聚合物或壳聚糖中的至少一种。在其中一个实施例中，所述催化剂前驱体为过渡金属硝酸盐。在其中一个实施例中，所述催化剂前驱体和所述核壳结构复合微球的质量比为(3～4):1。在其中一个实施例中，所述惰性气流为150cc/min～200cc/min的氮气、氩气或氦气，所述烧结温度为450℃～500℃。本专利技术进一步提高一种吸波材料，所述吸波材料包括基体和添加在所述基体中的填料，所述填料包括所述的吸波剂或由所述吸波剂的制备方法得到的吸波剂。在其中一个实施例中，所述基体选自环氧树脂、聚二甲基硅氧烷树脂或石蜡中的一种或多种。在其中一个实施例中，在所述吸波材料中，所述吸波剂的质量含量为～10％。本专利技术提供的吸波剂及其制备方法，在空心微球表面生长碳纳米管，有效结合了空心微球和碳纳米管两种中空结构，空心微球和碳纳米管结合形成的结构，比表面积大大增加，该吸波剂填充进基体可使吸波材料形成多个界面，包括空心微球和碳纳米管接触界面、碳纳米管和基体接触界面、空心微球和基体接触界面、空心微球内部空腔空气与球壳的接触界面等，电磁波在这些界面处产生大量的界面极化衰减，有效提升材料的吸波性能。而且连接在微球表面的碳纳米管，沿球面向不同方向生长，当电磁波入射时，经过不同的碳纳米管界面能够发生不同方向的反射和散射，增加其吸波损耗。进一步，碳纳米管顶端还结合了金属纳米粒子，金属纳米粒子与碳纳米管界面、金属纳米粒子和基体界面之间可进一步产生界面极化。另一方面，空心微球和碳纳米管两种中空结构采用碳纳米管原位生长在空心微球表面的方式结合更牢固，多个碳纳米管之间分散性高，填充进基体使不会因团聚而导致界面减少。在上述多界面极化以及不同反射、散射引起的吸波损耗等相互作用下，包含该吸波剂的吸波材料具有宽频带、低厚度、强吸收的特性，在吸波材料厚度仅为2mm时，该吸波材料的最低反射损耗可以达到-45dB，同时损耗效率超过-10dB的连续频率带宽能够达到9.6GHz。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下通过实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。本专利技术提供一种吸波剂，包括碳材料空心微球、连接在所述空心微球表面的多个碳纳米管和包覆于所述碳纳米管顶端的金属纳米粒子。本专利技术实施例提供的吸波剂，有效结合了空心微球和碳纳米管两种中空结构，空心微球和碳纳米管结合形成的结构，比表面积大大增加，该吸波剂填充进基体可使吸波材料形成多个界面，包括空心微球和碳纳米管接触界面、碳纳米管和基体接触界面、空心微球和基体接触界面、空心微球内部空腔空气与球壳的接触界面等，电磁波在这些界面处产生大量的界面极化衰减，有效提升材料的吸波性能。而且连接在微球表面的碳纳米管，沿球面向不同方向生长，当电磁波入射时，经过不同的碳纳米管界面能够发生不同方向的反射和散射，增加其吸波损耗。进一步，碳纳米管顶端还结合了金属纳米粒子，金属纳米粒子与碳纳米管界面、金属纳米粒子和基体界面之间也可进一步产生界面极化。另一方面，空心微球和碳纳米管两种中空结构采用碳纳米管原位生长在空心微球表面的方式结合更牢固，多个碳纳米管之间分散性高，填充进基体使不会因团聚而导致界面减少。本专利技术实施例中碳材料空心微球为无定型碳空心微球。无定型碳的阻抗与与空气阻抗匹配性更好。碳材料空心微球的粒径为350nm至400nm。碳纳米管优选低温条件下生长的碳纳米管，低温条件为450℃～500℃，该低温条件下生长的碳纳米管的阻抗与空气阻抗匹配性更好。碳纳米管的长度为1μm至1.4μm，平均外径为35nm至40nm。优选的，空心微球表面包括10至15个碳纳米管。本专利技术实施例中金属纳米粒子为零价铁、零价镍、零价钴中的至少一种。这些金属纳米粒子具有磁性，能够产生磁损耗，进一步增加吸波剂的吸波性能，金属纳米粒子的平均粒径为8nm～10nm。本专利技术还提供一种吸波剂的制备方法，包括以下步骤：S10，提供核壳结构复合微球，核壳结构复合微球包括内核和包裹在内核外表面的外壳，内核为不成碳有机聚合物微球核，外壳为成碳有本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种吸波剂，其特征在于，所述吸波剂包括碳材料空心微球、连接在所述空心微球表面的多个碳纳米管和包覆于所述碳纳米管顶端的金属纳米粒子。/n

【技术特征摘要】
1.一种吸波剂，其特征在于，所述吸波剂包括碳材料空心微球、连接在所述空心微球表面的多个碳纳米管和包覆于所述碳纳米管顶端的金属纳米粒子。


2.根据权利要求1所述的吸波剂，其特征在于，所述碳材料空心微球为无定型碳空心微球。


3.根据权利要求1所述的吸波剂，其特征在于，所述碳材料空心微球的粒径为350nm至400nm。


4.根据权利要求1所述的吸波剂，其特征在于，所述碳纳米管的长度为1μm至1.4μm，平均外径为35nm至40nm。


5.根据权利要求1～4任一项所述的吸波剂，其特征在于，所述空心微球表面包括10至15个碳纳米管。


6.根据权利要求1所述的吸波剂，其特征在于，所述金属纳米粒子为零价铁、零价镍、零价钴纳米粒子中的至少一种。


7.根据权利要求1所述的吸波剂，其特征在于，所述金属纳米粒子的平均粒径为8nm～10nm。


8.一种吸波剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
提供核壳结构复合微球，所述核壳结构复合微球包括内核和包裹在内核外表面的外壳，所述内核为不成碳有机聚合物微球核，所述外壳为成碳有机聚合物包覆层；
利用超临界CO2负载技术在所述核壳结构复合微球壳表面负载催化剂前驱体；以及
在惰性气流下对负载有所述金属催化剂前驱体的核壳结构复合微球进行烧结，以使所述内核裂解生成气相碳质小分子并形成空腔及使所述外壳烧结成碳材料空心微球，所述金属催化剂前躯体被所述碳材料空心微球还原为金...

【专利技术属性】
技术研发人员：李岳，郭建强，梁佳丰，朱巧思，李炯利，王旭东，
申请(专利权)人：北京石墨烯技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11