一种核壳结构复合微球吸波剂及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开一种核壳结构复合微球吸波剂，包括核结构和壳层结构，其中，所述核结构为二氧化硅微球；所述壳层为包覆于所述二氧化硅微球表面的碳

【技术实现步骤摘要】
一种核壳结构复合微球吸波剂及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及功能材料领域。更具体地，涉及一种核壳结构复合微球吸波剂及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]随着社会发展和科学技术的进步，电磁波在通讯、广播、检测、雷达探测等领域应用越来越广泛。这在给人们的生产生活带来巨大便利的同时也引起了严重的电磁波污染问题。为控制电磁波污染，通常需借助电磁波吸收与屏蔽材料。对于此类材料而言，相对于将入射电磁波反射以实现对目标的屏蔽保护，通过适当的吸收损耗机制将入射的电磁波有效地损耗掉可避免二次反射波污染，是更为高效环保的电磁波控制方式。为有效地实现电磁波的损耗，通常需将多种不同损耗机制的吸波剂复配使用，以有效调控材料整体的电磁匹配性和损耗能力。电磁波吸收剂的复配可通过直接将不同的吸波剂混合，或将微纳米吸波剂组装成异质复合结构来实现。二者相比，后者在实现异质吸波剂的微纳米尺度混合、引入异质界面、提高混合的均匀性、改善复合结构的应用便利性方面更胜一筹，是目前研究和开发工作的重要关注点。
[0003]通过构建核壳结构或异质掺杂是常用的两种形成复合结构的方法。通过在同一个微结构内将多个功能组分整合可以使复合结构获得更优异甚至各独立组分所不具备的物理化学性质。以核壳结构吸波剂为例，用低电导率的磁性材料壳将高导电高损耗能力的核材包裹复合，可以有效地解决阻抗匹配和损耗能力协同优化的难题。对于纳米级的活性壳层组装单元，核壳结构的形成还可有效避免你们组装单元的团聚，提高其分散性和作为填料使用过程中的均匀分布问题。目前的核壳结构吸波剂在内核和球壳的选材和外形方面关注较多，核和壳的材料多为单一组成的电磁功能材料，而对于球壳内部异质组分的微观复合与球壳和内核之间的复合相结合则关注较少。如果将核壳结构与异质材料掺杂复合化结合，除可构建核壳结构外，还可在球壳内产生更为丰富的界面，增加吸波剂对电磁波的界面散射和界面极化效应，增强衰减能力。

技术实现思路

[0004]本专利技术的第一个目的在于提供一种核壳结构复合微球吸波剂。该核壳复合微球中的纳米二氧化硅颗粒内核具有支撑和透波作用，而外侧的磁性材料
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碳异质球壳具有磁性、电导和介电特性。当用作电磁功能填料时，核、壳二者共同作用有如下优点：一是可通过内核材料的支撑分散作用提高外侧球壳组成体单元的分散性；二是二氧化硅内核较传统电磁功能材料密度较低，可降低微球的密度；三是可通过球壳材料的损耗作用，以及微球之间的搭接形成电磁波损耗网络，增强电磁波吸收能力。
[0005]本专利技术的第二个目的在于提供一种核壳结构复合微球吸波剂的制备方法。
[0006]本专利技术的第三个目的在于提供一种核壳结构复合微球吸波剂的应用。
[0007]为达到上述第一个目的，本专利技术采用下述技术方案：
[0008]一种核壳结构复合微球吸波剂，包括核结构和壳层结构，其中，所述核结构为二氧化硅微球；所述壳层为包覆于所述二氧化硅微球表面的碳
‑
金属复合层；
[0009]所述碳
‑
金属复合层为异质复合型结构，其中，碳为连续相，金属分散在所述连续相中，且所述碳与金属之间形成异质界面。
[0010]进一步地，所述碳
‑
金属复合层中，碳和金属的摩尔比为1:10
‑
20:1。示例性的，所述碳
‑
金属复合层中，碳和金属的摩尔比包括但不限于为1:1
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20:1、1:1
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4:1、1.8:1
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20:1、10:1
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19:1等。在此条件下，制备得到的吸波剂具有更优异的吸波性能。
[0011]进一步地，所述壳层中，金属由其相应的水溶性金属盐转化而来。
[0012]进一步地，所述金属中包含磁性金属。
[0013]进一步地，所述金属中还包含非磁性金属。
[0014]进一步地，所述金属以单质、合金或其混合的形式存在。示例性的，所述金属选自钴、铁、银、铜中的一种或几种。
[0015]进一步地，所述碳为由水溶性有机分子碳化得到的均质碳。示例性的，所述水溶性有机分子包括但不限于选自淀粉、葡萄糖、柠檬酸、蔗糖、壳聚糖、纤维素、果糖等。
[0016]进一步地，所述复合微球吸波剂的密度为1.5
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3.5g/cm3；所述复合微球吸波剂中，二氧化硅微球的粒径为2
‑
100μm，碳
‑
金属复合层的厚度为0.05
‑
2μm，优选为0.2
‑
1.2μm。示例性的，碳
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金属复合层的厚度为0.9
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2μm、1.2
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2μm、1.4
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2μm等。
[0017]为达到上述第二个目的，本专利技术采用下述技术方案：
[0018]如上所述的核壳结构复合微球吸波剂的制备方法，包括如下步骤：
[0019]将硅溶胶、有机碳源和金属盐混合均匀，得混合液；
[0020]将该混合液雾化干燥，得球形中间体；
[0021]将所述中间体在还原性气氛或惰性气氛中热处理，得所述核壳结构复合微球吸波剂；
[0022]所述有机碳源选自淀粉、葡萄糖、蔗糖、果糖、柠檬酸、壳聚糖、多巴胺、纤维素中的一种或几种。
[0023]进一步地，所述硅溶胶固含量为15
‑
30wt％，所述硅溶胶中，颗粒粒径为3
‑
100nm，优选10
‑
50nm。
[0024]进一步地，所述还原性气氛为氢气或氮气。
[0025]进一步地，所述硅溶胶、有机碳源和金属盐的质量比为100：(10
‑
50)：(6
‑
50)。
[0026]进一步地，所述雾化干燥的条件为：进口温度为180
‑
450℃，干燥气氛为空气。
[0027]进一步地，所述热处理温度为500
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1500℃，保温时间为0.5
‑
12h。示例性的，所述热处理温度包括但不限于为600
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800℃、650
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800℃、700
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800℃、600
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750℃、600
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700℃、650
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700℃等。
[0028]为达到上述第三个目的，本专利技术提供如上第一个目的所述的核壳结构复合微球吸波剂在制备吸波材料中的应用。
[0029]本专利技术的有益效果如下：
[0030]本专利技术提供的核壳结构复合微球吸波剂通过内部的二氧化硅内核的支撑作用，可保证结构的稳定性，同时降低密度。
[0031]本专利技术提供的核壳结构复合微球吸波剂，可同步实现微观纳米颗粒的组装与宏观
尺寸的微米化，可通过二氧化硅对壳层的物理分散和空间阻隔，防止电磁功能的碳
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种核壳结构复合微球吸波剂，其特征在于，包括核结构和壳层结构，其中，所述核结构为二氧化硅微球；所述壳层为包覆于所述二氧化硅微球表面的碳
‑
金属复合层；所述碳
‑
金属复合层为异质复合型结构，其中，碳为连续相，金属分散在所述连续相中，且所述碳与金属之间形成异质界面。2.根据权利要求1所述的核壳结构复合微球吸波剂，其特征在于，所述碳
‑
金属复合层中，碳和金属的摩尔比为1:10
‑
20:1；优选地，所述金属中包含磁性金属；更优选地，所述金属以单质、合金或其混合的形式存在；优选地，所述碳为由水溶性有机分子碳化得到的均质碳。3.根据权利要求1所述的核壳结构复合微球吸波剂，其特征在于，所述复合微球吸波剂的密度为1.5
‑
3.5g/cm3；所述复合微球吸波剂中，二氧化硅微球的粒径为2
‑
100μm，碳
‑
金属复合层的厚度为0.05
‑
2μm。4.如权利要求1
‑
3任一项所述的核壳结构复合微球吸波剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：...

【专利技术属性】
技术研发人员：安振国，杜改平，刘冉，张敬杰，杨岩峰，
申请(专利权)人：中国科学院理化技术研究所，
类型：发明
国别省市：