一种Co/MnO@C复合电磁波吸收材料及其制备方法与应用技术

本发明专利技术属于电磁波吸收材料技术领域，尤其涉及一种Co/MnO@C复合电磁波吸收材料及其制备方法与应用。电磁波吸收材料，其由纳米级氧化锰、纳米级钴颗粒以及外层包覆的碳层组成；其中，所述氧化锰和钴颗粒复合形成片层结构，所述片层结构形成单分散的三维花状球结构，所述碳层包覆在花状球的外表面上。本发明专利技术采用溶剂热法和高温碳还原的合成路线制备出花状Co/MnO@C复合粉体材料，此复合材料具有饱和磁化率高，矫顽力大，抗氧化能力强，电磁波吸收性能优异，制备工艺简单以及成本低等特点。

A Co / MnO @ C composite electromagnetic wave absorbing material and its preparation method and Application

【技术实现步骤摘要】
一种Co/MnO@C复合电磁波吸收材料及其制备方法与应用
本专利技术属于电磁波吸收材料
，尤其涉及一种Co/MnO@C复合电磁波吸收材料及其制备方法与应用。
技术介绍
本专利技术
技术介绍
中公开的信息仅仅旨在增加对本专利技术的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。随着高频通信技术的快速发展和各种微波电子设备的应用，人们的生产生活得到极大便利的同时，电磁污染成为一个新的环境问题。电磁辐射不仅会对人体产生有害影响，危害人体健康，并且还会影响电子产品的正常使用。因此，对电磁波吸收材料的研究受到了人们的广泛关注。另外，电磁波吸收材料作为隐身技术的重要组成部分，在提高军事武器的防御作战能力，降低被探测率方面具有重要意义。电磁波吸收材料对电磁能量的损耗主要有两种：磁损耗和介电损耗。磁损耗型材料主要包括铁氧体，铁、钴、镍及其合金等磁性材料。由于其高磁导率，磁损耗型材料在制备低厚度吸波剂方面具有很大优势。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。但是磁性材料的Snoek极限使其在高频率下磁导率下降，限制了它们在高频率下的使用。而且磁性材料密度大，稳定性差，不利于其在工业以及军事上的应用。介电损耗型材料主要包括碳材料、半导体材料，其主要通过极化弛豫和电导损耗来衰减电磁波，密度小且能产生较大的损耗。介电损耗材料与磁性材料的复合能有效综合两者的优势，补充单一损耗的不足，并且，多相复合吸波材料在提高其界面极化，电磁参数可调方面具有很大优势。近年来，复合材料作为吸波剂的研究已经取得了很大的进展。然而，本专利技术研究发现：多相复合吸波剂的制备方法目前主要为多层包覆与复合，制备过程比较繁杂。另外，磁性钴颗粒的制备还需要提供还原环境，进一步增加了材料的制备难度。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术提供了一种以双金属氧化物为前驱体，通过碳还原制备三相磁损耗/介电损耗复合材料的方法，得到的Co/MnO@C复合吸波材料具有饱和磁化率高，矫顽力大，抗氧化能力强，电磁波吸收性能优异。本专利技术第一目的，提供一种Co/MnO@C复合电磁波吸收材料。本专利技术第二目的，提供一种Co/MnO@C复合电磁波吸收材料的制备方法。本专利技术第三目的，提供所述Co/MnO@C复合电磁波吸收材料的应用。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，本专利技术公开一种Co/MnO@C复合电磁波吸收材料，其由纳米级氧化锰、纳米级钴颗粒以及外层包覆的碳层组成；其中，所述氧化锰和钴颗粒复合形成片层结构，所述片层结构形成单分散的三维花状球结构，所述碳层包覆在花状球的外表面上。进一步地，所述Co/MnO@C复合电磁波吸收材料中，钴和锰原子的摩尔比为0.5-2：1，超出该范围会导致材料介电常数过大或过小。进一步地，所述Co/MnO@C复合电磁波吸收材料中，碳层的质量分数为30-40％，此范围有利于提高材料电导性且不破坏原有形貌。进一步地，所述Co/MnO@C复合电磁波吸收材料中，钴、氧化锰颗粒的粒径均为5-15nm。进一步地，所述Co/MnO@C复合电磁波吸收材料中，碳层为无定型碳。进一步地，所述Co/MnO@C复合电磁波吸收材料的直径为0.5-2μm。其次，本专利技术公开一种Co/MnO@C复合电磁波吸收材料的制备方法，包括如下步骤：(1)将钴盐、锰盐溶于溶剂中，然后加入表面活性剂，将得到的混合溶液在密闭条件下加热反应，反应完成后对产物进行洗涤、干燥，得到锰钴氢氧化物；(2)将所述锰钴氢氧化物进行煅烧处理，得到锰钴双金属氧化物；(3)对所述锰钴双金属氧化物进行碳还原处理，即得花状Co/MnO@C复合电磁波吸收材料。在锰钴双金属氧化物中，由于高价锰在所采用的碳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，从而得到钴、氧化锰和碳的复合物。碳源在高温下热解，形成还原环境，将锰钴双金属氧化物还原，并在外层包覆一层碳，形成Co/MnO@C纳米颗粒均匀分散的三维花状结构。进一步地，步骤(1)中，钴、锰原子的摩尔比为0.5-2：1。进一步地，步骤(1)中，所述钴盐、锰盐分别为二价无机钴盐和二价无机锰盐。进一步地，步骤(1)中，所述二价无机钴盐选自硫酸钴(CoSO4)、氯化钴(CoCl2)、乙酸钴(Co(CH3COO)2)中的任意一种。或者上述二价无机钴盐的水合物中的任意一种，如CoSO4·6H2O、CoCl2·6H2O、Co(CH3COO)2·4H2O。进一步地，步骤(1)中，所述二价无机锰盐选自硫酸锰(MnSO4)、氯化锰(MnCl2)、乙酸锰(Mn(CH3COO)2)中的任意一种。或者上述二价无机锰盐的水合物中的任意一种，如MnCl2·4H2O、Mn(CH3COO)2·4H2O。进一步地，步骤(1)中，所述溶剂为乙二醇、异丙醇、甲醇中的任意一种。进一步地，步骤(1)中，表面活性剂为聚乙烯吡咯烷酮(PVP)，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。进一步地，步骤(1)中，所述反应温度为180-220℃，反应时间为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。进一步地，步骤(2)中，所述煅烧处理的温度为400℃-500℃，煅烧时间为2h。进一步地，步骤(2)中，所述碳还原处理的条件为：将锰钴双金属氧化物与碳源混合后在密闭条件下加热反应。可选地，所述碳源为吡咯；所述反应温度为500-600℃，反应时间为3-7h。本专利技术制备的这种电磁波吸收材料具有不同于现有技术的磁损耗机理，具体为：本专利技术将具有介电损耗的氧化锰、碳以及具有磁损耗的金属钴通过溶剂热合成和碳还原组合在一起。其中，氧化锰和钴纳米颗粒的均匀复合能有效解决单一磁性钴颗粒因电导率过高而引起电磁波反射的问题，并且纳米磁性颗粒更容易在电磁波的作用下产生自然共振、交换共振等多重共振，从而损耗更多的入射电磁波。外层碳层的存在使得内层金属与氧化物得到有效保护，可减少其氧化和腐蚀。另外，三相材料的复合能产生更多的异质界面，在电磁波的作用下，界面两侧电荷所带电性不同而引起界面极化，增加了材料的介电损耗。此合成方法还有效保持了材料的三维花状形貌，使得材料具有大的比表面积，增加了电磁波与材料内部的接触位点，有利于电磁波的多重耗散。再次，本专利技术公开所述三维Co/MnO@C复合电磁波吸收材料在无线电通讯系统中电磁屏蔽、防高频电子设备的电磁辐射、构造微波暗室、隐身技术等领域中的应用。进一步地，所述应用为：一种吸收体，包括所述三维Co/MnO@C复合电磁波吸收材料、石蜡。进一步地，所述吸收体中，复合吸收材料质量百分比为60-90％。采用本专利技术的复合电磁波吸收材料制备的吸收体具有优异的电磁波吸收能力，例如，所述吸收体的厚度为2.6mm时，在7.4-12.0GHz频率范围内电磁波吸收达到反射损耗值(RL)&本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种Co/MnO@C复合电磁波吸收材料，其特征在于，由纳米级氧化锰、纳米级钴颗粒以及外层包覆的碳层组成；其中，所述氧化锰和钴颗粒复合形成片层结构，所述片层结构形成单分散的三维花状球结构，所述碳层包覆在花状球的外表面上。/n

【技术特征摘要】
1.一种Co/MnO@C复合电磁波吸收材料，其特征在于，由纳米级氧化锰、纳米级钴颗粒以及外层包覆的碳层组成；其中，所述氧化锰和钴颗粒复合形成片层结构，所述片层结构形成单分散的三维花状球结构，所述碳层包覆在花状球的外表面上。


2.如权利要求1所述的Co/MnO@C复合电磁波吸收材料，其特征在于，钴和锰原子的摩尔比为0.5-2：1。


3.如权利要求1所述的Co/MnO@C复合电磁波吸收材料，其特征在于，碳层的质量分数为30-40％。


4.如权利要求1所述的Co/MnO@C复合电磁波吸收材料，其特征在于，钴、氧化锰颗粒的粒径为5-15nm。


5.如权利要求1-4任一项所述的Co/MnO@C复合电磁波吸收材料，其特征在于，所述Co/MnO@C复合电磁波吸收材料的尺寸为0.5-2μm；优选地，所述碳层为无定型碳。


6.一种Co/MnO@C复合电磁波吸收材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将钴盐、锰盐溶于溶剂中，然后加入表面活性剂，将得到的混合溶液在密闭条件下加热反应，反应完成后对产物进行洗涤、干燥，得到锰钴氢氧化物；
(2)将所述锰钴氢氧化物进行煅烧处理，得到锰钴双金属氧化物；
(3)对所述锰钴双金属氧化物进行碳还原处理，即得。


7.如权利要求6所述的Co/MnO@C复合电磁波吸收材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，钴、锰原子的摩尔比为0.5-2：1；
或者，步骤(1)中，所述钴盐、锰盐分别为二价无机钴盐和二价无机锰盐；
优选地，步骤(1)中，所述二...

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