一种具有中空结构的磁性金属-碳复合型微球吸波剂及其制备方法技术

本发明专利技术公开一种具有中空结构的磁性金属

【技术实现步骤摘要】
一种具有中空结构的磁性金属
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碳复合型微球吸波剂及其制备方法


[0001]本专利技术涉及功能颗粒材料领域。更具体地，涉及一种具有中空结构的磁性金属
‑
碳复合型微球吸波剂及其制备方法。

技术介绍

[0002]微波技术的飞速发展为吸波材料的研究和应用带来了巨大需求和机遇。吸波剂是吸波材料中的核心和关键，因此其研究和开发吸引了大量关注，新型吸波剂的设计和可控制备方兴未艾。为满足日益提升的性能要求，研究人员的关注点越来越多地聚焦于具有双(多)重电磁波损耗机制的异质复合型吸波剂。其中，磁性金属和碳的复合材料以其便于剪裁设计的磁性能、导电(介电)性能和宏观结构，在高性能电磁波吸收剂(吸波剂)设计中引起了越来越多的重视。该类复合型吸波剂中，磁性金属具有较高的饱和磁化强度和导电性，可通过磁损耗和漏导导电损耗消耗入射电磁波能量；而碳材料依据其石墨化程度和微观结构，可大幅度调控介电和导电性，为实现优化的阻抗匹配和介电、漏电电导等损耗提供了可能。更为重要的是，磁性金属和碳材料在微观尺度上的复合还可以向复合材料体系中引入大量界面，这些界面具有迥异的导电和介电性，这一方面可实现入射电磁波的散射和反射，增加电磁波的传输路径，利于更充分的发挥吸波剂的损耗能力；另一方面可在交变电磁场中实现空间电荷在界面区的集聚和弛豫，从而通过极化弛豫损耗电磁波能量。
[0003]鉴于磁性金属
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碳复合体系的性能优势和巨大的结构与组成调控空间，研究和开发人员通过不同的方法制备了多种形式的磁性金属
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碳复合结构材料。涉及的成型金属主要是铁、钴、镍及其合金；而碳材料的选材范围更为广泛，包括诸如石墨烯、碳纤维、碳纳米管、各类炭黑、多孔碳等等。另一方面，磁性金属和碳的复合方式有负载型、吸附修饰型、核壳包覆型、镶嵌型等。此外，为满足吸波剂轻量化的要求，还开发了多种形式的中空结构。然而，目前磁性金属
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碳复合材料的制备和性能调控方面尚存在成型过程复杂耗时、制备效率低、材料内部结构(如石墨化程度的局域差异化、界面形貌等)和性能的局域设计和调控困难等问题，制约了该类吸波剂的批量制备和应用开发。

技术实现思路

[0004]本专利技术的第一个目的在于提供一种具有中空结构的磁性金属
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碳复合型微球吸波剂。
[0005]本专利技术的另一个目的在于提供一种具有中空结构的磁性金属
‑
碳复合型微球吸波剂的制备方法。
[0006]为达到上述第一个目的，本专利技术采用下述技术方案：
[0007]一种具有中空结构的磁性金属
‑
碳复合型微球吸波剂，由中空内核和球壳组成；其中，所述中空内核为空气空腔；所述球壳的结构由连续相的碳和作为分散相的金属
‑
碳复合颗粒组成。
[0008]进一步地，所述吸波剂的粒径为10
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70μm，密度为0.5
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2.0g/cm3。
[0009]进一步地，所述吸波剂中，碳
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金属复合壳厚度0.2
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2μm，其中碳和金属的摩尔比为2:1
‑
15:1。
[0010]进一步地，所述金属选自金属单质、合金中的一种或几种。
[0011]进一步地，所述金属为磁性金属。优选包括但不限于铁、钴、镍及其合金。
[0012]进一步地，所述金属由初始加入的磁性金属纳米颗粒，或由初始加入的磁性金属氧化物纳米颗粒经还原转化而来。
[0013]进一步地，所述连续相的碳为由水溶性有机分子碳化得到；所述金属
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碳复合颗粒内的碳由酚醛包覆层热处理转化得到。
[0014]为达到上述第二个目的，本专利技术采用下述技术方案：
[0015]一种或具有中空结构的磁性金属
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碳复合型微球吸波剂的制备方法，包括如下步骤：
[0016](1)将磁性金属或其氧化物纳米颗粒分散于反应液中，加热搅拌反应，得到酚醛树脂包覆的纳米颗粒；
[0017](2)将有机碳源、水和第(1)步所得酚醛树脂包覆的纳米颗粒混合，搅拌均匀得喷雾浆料；
[0018](3)将浆料雾化干燥，得到球形中间体；
[0019](4)将所述中间体在还原性或惰性气氛中热处理，得所述具有中空结构的磁性金属
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碳复合型微球吸波剂。
[0020]进一步地，步骤(1)中，磁性金属或其氧化物纳米颗粒与反应液的比例为3g：3000mL。
[0021]进一步地，所述浆料中磁性金属或其氧化物纳米颗粒与有机碳源、水的质量比为1
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6:5
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30:10
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30。
[0022]进一步地，所述有机碳源选自水溶性的葡萄糖、蔗糖、淀粉、柠檬酸、多巴胺中的一种或几种。
[0023]进一步地，所述雾化干燥的条件为：进口温度为180
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400℃，干燥气氛为空气。
[0024]进一步地，所述热处理的温度为700
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1000℃，保温时间为1
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20h。
[0025]进一步地，所述反应液由如下方法制备得到：
[0026]将无水乙醇和去离子水按质量比4:1的比例混合均匀，再向混合液中加入0.6％质量份(相当于混合液质量的百分比)的间苯二酚、2.5％质量份(相当于混合液质量的百分比)的甲醛溶液(37wt.％)、4％质量份(相当于混合液质量的百分比)的浓氨水(25wt.％)，搅拌混合均匀，得所述反应液。
[0027]进一步地，所述搅拌混合的温度为40℃，时间10
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20小时。
[0028]本专利技术的有益效果如下：
[0029]本专利技术提供的具有中空结构的磁性金属
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碳复合型微球吸波剂通过内部的中空空腔可降低吸波剂密度；且该吸波剂可同步实现微观纳米颗粒的结构控制与宏观尺寸的微米化，可防止纳米颗粒的团聚，方便吸波剂的使用。
[0030]本专利技术提供的吸波剂的制备方法中，中空结构成型方法方便快捷，可直接通过喷雾干燥
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热处理高效获得中空复合结构；另外，通过控制金属颗粒的类型与含量，以及碳组
分不同的石墨化程度可实现中空微球吸波剂的组成和性能调节。
附图说明
[0031]下面结合附图对本专利技术的具体实施方式作进一步详细的说明。
[0032]图1示出具有分级空腔结构的异质复合中空微球吸波剂的制备过程示意图。
[0033]图2示出实施例3(Co)所制备的核壳结构复合微球吸波剂的扫描电子显微镜(SEM)图。
[0034]图3示出实施例3所制备的核壳结构复合微球吸波剂的扫描电子显微镜(SEM)图。
[0035]图4示出实施例3所制备的核壳结构复合微球吸波剂的透射电子显微镜(TEM)图。
[0036]图5示出实施例3所制备的核壳结构复合微球吸波剂本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有中空结构的磁性金属
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碳复合型微球吸波剂，其特征在于，由中空内核和球壳组成；其中，所述中空内核为空气空腔；所述球壳的结构由连续相的碳和作为分散相的金属
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碳复合颗粒组成。2.根据权利要求1所述的吸波剂，其特征在于，所述吸波剂的粒径为10
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70μm，密度为0.5
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2.0g/cm3。3.根据权利要求1所述的吸波剂，其特征在于，所述吸波剂中，碳
‑
金属复合壳厚度0.2
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2μm，其中碳和金属的摩尔比为2:1
‑
15:1。4.根据权利要求1所述的吸波剂，其特征在于，所述金属选自金属单质、合金中的一种或几种；优选地，所述金属为磁性金属。5.根据权利要求1所述的吸波剂，其特征在于，所述连续相的碳为由水溶性有机分子碳化得到；所述金属
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碳复合颗粒内的碳由酚醛包覆层热处理转化得到。6.根据权利要求1
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5任一项所述的具有中空结构的磁性金属
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碳复合型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，刘冉，贾倩倩，韩钢，张敬杰，
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：