一种ZnO/N掺杂的中空介电型吸波材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供一种ZnO/N掺杂的中空介电型吸波材料及其制备方法和应用，该方法包括以下步骤：S1、将可溶性锌盐和2‑甲基咪唑充分溶解于甲醇中进行反应，反应完成后分离，并于50‑60℃下进行干燥，得到ZIF‑8；S2、将S1得到的ZIF‑8加入到鞣酸水溶液中再进行反应，反应完成后分离，并于50‑60℃下进行干燥，得到薄壁结构的ZIF‑8前驱体粉末；S3、将S1得到的复合前驱体粉末在惰性气氛下，于800℃热解，得到薄壁结构的ZnO/N掺杂的吸波材料。热解后的MOF材料保持原有的形貌；并在降低了材料作为电磁波吸收剂在基体中的添加量的同时，还能显示出优异的电磁波吸收性能。

【技术实现步骤摘要】
一种ZnO/N掺杂的中空介电型吸波材料及其制备方法和应用
本专利技术涉及吸波材料
，具体涉及一种ZnO/N掺杂的中空介电型吸波材料及其制备方法和应用。
技术介绍
通信技术和电子设备的飞速发展，例如第五代移动网络(5G)和无人机等为人们的生活提供了极大的便利。无线设备依靠电磁波(electromagneticwave，EMW)进行通信，但是无效的电磁波一方面会发生电磁干扰，影响电子设备接收信号等操作，另一方面，目前有研究证明，电磁波的电磁辐射会引起基因变异从而影响生物体的功能。电磁波吸收材料可以将其能量转化热能，使用电磁波吸收材料解决电磁污染是目前消除无效电磁波最有效的方法。然而，传统电磁波吸收材料(例如铁氧体)具有密度较大的缺点，目前的设备都向着小型化、轻量化发展，因此限制了这类吸波材料的应用。因此开发低密度的电磁波吸收材料是十分有意义的。目前，通过开发具有特殊微观结构的材料，例如螺旋形，多层结构，核-壳结构和薄壁结构等，均具有降低材料密度，提高电磁波吸收强度的作用。而设计薄壁结构是减小电磁波吸收材料的密度的最有效的方法。但是，目前制备薄壁结构的材料通常需要复杂的制备步骤，一般需要首先制备牺牲模板，再以模板为基础在外部进行包裹，进一步除去模板从而得到薄壁结构的材料，最后对薄壁结构的材料进行处理得到电磁波吸收材料。因此，针对以上问题，具有独特的晶体结构和微观形貌的金属有机骨架(MOF)材料引发了研究热点。它们易于控制的纳米结构和规则的微观结构为设计电磁波吸收材料提供了良好的研究基础。并且找到控制热解MOF的具体方法，使热解后的MOF材料维持原有形貌。
技术实现思路
为解决上述问题，本专利技术的目的在于提供一种ZnO/N掺杂的中空介电型吸波材料及其制备方法和应用，该方法通过鞣酸刻蚀以及热解之后，形成中空的棱形正十二面体结构，且ZnO和N元素共同掺杂在棱形正十二面体结构中，热解后的MOF材料保持原有的形貌；在降低了材料作为电磁波吸收剂在基体中的添加量的同时，还能显示出优异的电磁波吸收性能。为实现上述目的，本专利技术的技术方案如下。一种ZnO/N掺杂的中空介电型吸波材料的制备方法，包括以下步骤：S1、将可溶性锌盐和2-甲基咪唑充分溶解于甲醇中进行反应，反应完成后分离，并于50-60℃下进行干燥，得到ZIF-8；S2、将S1得到的ZIF-8加入到鞣酸水溶液中再进行反应，反应完成后分离，并于50-60℃下进行干燥，得到薄壁结构的ZIF-8前驱体粉末；其中，ZIF-8与鞣酸的质量比为1：2；S3、将S1得到的复合前驱体粉末在惰性气氛下，于800℃热解，得到薄壁结构的ZnO/N掺杂的吸波材料。进一步，S1中，所述可溶性锌盐为Zn(NO3)2·6H2O。进一步，S2中，所述鞣酸水溶液的浓度为10g/L。进一步，S1中，可溶性锌盐与2-甲基咪唑的质量比为1：1。进一步，S3中，热解时的升温速率为2℃/min，热解时间为2h。进一步，S1得到的ZIF-8呈实心的菱形正十二面体结构；ZIF-8经过S2的鞣酸刻蚀之后，呈中空的棱形正十二面体结构；之后经过S3的热解，ZnO和N元素共同掺杂在中空的棱形正十二面体结构中。本专利技术还提供一种采用上述方法制备得到的ZnO/N掺杂的中空介电型吸波材料。本专利技术还提供一种采用上述ZnO/N掺杂的中空介电型吸波材料在通讯领域及隐身材料上的应用。进一步，在通讯领域及隐身材料的基体材料中，ZnO/N掺杂的中空介电型吸波材料的添加量为15％。其中，所述基体材料为石蜡。本专利技术的有益效果：1、本专利技术的方法主要以制备ZIF-8的过程中使用的配体2-甲基咪唑作为氮源，其中，ZIF-8呈实心的棱形正十二面体结构，经过鞣酸刻蚀之后，呈中空形貌结构；之后经过高温热解，得到ZnO/N掺杂的中空介电型吸波材料。由于ZnO和N元素共同掺杂在中空的棱形正十二面体结构中，在降低了材料作为电磁波吸收剂在基体中的添加量的同时，还能显示出优异的电磁波吸收性能。2、本专利技术制备的吸波材料在添加量为15wt％时，压制形成的同轴环的厚度为3.1mm时，大于电磁波吸收率90％的频率范围几乎覆盖了整个X波段(8.2-12.4GHz)，显示出优异的电磁波吸收率。3、本专利技术的方法获得了薄壁结构的电磁波吸收材料，具体结构为中空菱形正十二面体结构，在减小电磁波吸收材料的密度的同时，提高电磁波吸收强度。该方法获得方式简单，且降低了材料作为电磁波吸收剂在基体中的添加量，降低了材料成本。附图说明图1为本专利技术实施例1经过鞣酸刻蚀形成的ZIF-8前驱体粉末的TEM图。图2为本专利技术实施例1经过鞣酸刻蚀形成的ZIF-8前驱体粉末与模拟的ZIF-8的XRD曲线图。图3为本专利技术实施例1经过热解后形成的ZnO/N掺杂的中空介电型吸波材料的TEM图。图4为本专利技术应用实施例1中压制形成的同轴环的结构示意图。图5为本专利技术应用实施例1的材料对电磁波反射系数与频率的关系曲线。图6为本专利技术应用实施例2的材料对电磁波反射系数与频率的关系曲线。图7为本专利技术应用实施例3的材料对电磁波反射系数与频率的关系曲线。图8为本专利技术应用实施例4的材料对电磁波反射系数与频率的关系曲线。图9为本专利技术应用实施例5的材料对电磁波反射系数与频率的关系曲线。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，以下结合附图及实施例，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仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。本专利技术中，下述各实施例中所述实验方法如无特殊说明，均为常规方法；所述试剂和材料，如无特殊说明，均可在市场上购买得到。实施例1一种ZnO/N掺杂的中空介电型吸波材料的制备方法，包括以下步骤：S1、分别称取6gZn(NO3)2·6H2O和6g2-甲基咪唑，并依次溶解于300mL甲醇中，保持温度为25℃，持续搅拌24h，将得到的液体进行经离心分离，离心转速为10000r/min，时间为5min，倒出上层清液，再加入50mL甲醇，并摇晃均匀，再次采用同样的离心参数进行离心，重复三次，将离心管置于真空干燥箱60℃下干燥12～24h。将得到的白色固体研磨至块体消失，得到的白色粉末即为ZIF-8；S2、取S1得到的白色粉末1g，加入到200ml浓度为10g/L的鞣酸水溶液中，静置10min后，将溶液进行离心分离，分离转速为10000r/min,时间为5min，倒出上层清液，再加入50mL水，并摇晃均匀，再次采用同样的离心参数进行离心，重复五次，将离心管置于真空干燥箱60℃下干燥12～24h，得到薄壁结构的ZIF-8前驱体粉末；S3、取S2得到的复合前驱体粉末，置于通有氩气的管式炉内，控本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种ZnO/N掺杂的中空介电型吸波材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：/nS1、将可溶性锌盐和2-甲基咪唑充分溶解于甲醇中进行反应，反应完成后分离，并于50-60℃下进行干燥，得到ZIF-8；/nS2、将S1得到的ZIF-8加入到鞣酸水溶液中再进行反应，反应完成后分离，并于50-60℃下进行干燥，得到薄壁结构的ZIF-8前驱体粉末；其中，ZIF-8与鞣酸的质量比为1：2；/nS3、将S1得到的复合前驱体粉末在惰性气氛下，于800℃热解，得到薄壁结构的ZnO/N掺杂的吸波材料。/n

【技术特征摘要】
1.一种ZnO/N掺杂的中空介电型吸波材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将可溶性锌盐和2-甲基咪唑充分溶解于甲醇中进行反应，反应完成后分离，并于50-60℃下进行干燥，得到ZIF-8；
S2、将S1得到的ZIF-8加入到鞣酸水溶液中再进行反应，反应完成后分离，并于50-60℃下进行干燥，得到薄壁结构的ZIF-8前驱体粉末；其中，ZIF-8与鞣酸的质量比为1：2；
S3、将S1得到的复合前驱体粉末在惰性气氛下，于800℃热解，得到薄壁结构的ZnO/N掺杂的吸波材料。


2.根据权利要求1所述的ZnO/N掺杂的中空介电型吸波材料的制备方法，其特征在于，S1中，所述可溶性锌盐为Zn(NO3)2·6H2O。


3.根据权利要求1所述的ZnO/N掺杂的中空介电型吸波材料的制备方法，其特征在于，S2中，所述鞣酸水溶液的浓度为10g/L。


4.根据权利要求1所述的ZnO/N掺杂的中空介电型吸波材料的...

【专利技术属性】
技术研发人员：孔杰，于震，周睿，宋燕，胡可韬，唐玉生，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61