碳-金属氧化物-金属三组分中空微球吸波剂及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种碳

【技术实现步骤摘要】
碳
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金属氧化物
‑
金属三组分中空微球吸波剂及其制备方法


[0001]本专利技术涉及功能材料领域。更具体地，涉及一种碳
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金属氧化物
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金属三组分中空微球吸波剂及其制备方法。

技术介绍

[0002]电磁波吸收与屏蔽材料被广泛用于应对日益严重的电磁波污染问题和电磁探测给装备带来的生存威胁。随着社会发展和科学技术的进步，轻量化日渐成为各类设施装备升级换代过程中的重要考虑因素。所谓一代材料一代装备，材料对于各类装备的轻量化无疑发挥着举足轻重的作用。对于电磁波吸收与屏蔽材料而言，同样面临着轻量化和性能提升的需求。对于轻量化而言，鉴于大多吸波材料是吸波剂与基体材料构成的复合材料，其轻量化可通过基体发泡和吸波剂轻量化设计实现。但基体的发泡通常会导致体系内的有效成分降低，损失功能性，且通常发泡泡孔的可控性较差，且泡孔的存在会显著降低复合材料的力学强度，不利于吸波材料的实际应用。相对而言，对吸波剂进行轻量化设计则是更为有效的方法。
[0003]另一方面，为有效地实现电磁波的损耗，越来越多的研究倾向于将具有不同电磁特性的吸波功能组分复合，通过各组分间的协同作用调控材料整体的匹配性和吸波能力。对于不同电磁特性的吸波功能组分的复合而言，相对于简单的混合，将各组分组合成宏观上均匀的单一吸波剂，而吸波剂内部为异质结构是更为有效的方式。其原因在于在异质复合在实现各吸波组分的微观尺度复合、引入电磁特性差异化的异质界面、改善复合结构吸波剂的应用便利性方面更具优势。因此，在宏观均匀的单一吸波剂内的异质复合是开发新型高性能吸波剂的重要方向。然而，一方面对异质复合和轻量化进行协同设计仍有很大难度，供选择的材料体系和结构有限；另一方面目前的异质复合结构吸波剂的合成方法普遍涉及多步合成过程，不仅繁琐耗时，不适用于大批量生产，而且也不利于异质功能组分的高效复合与多重界面的形成。

技术实现思路

[0004]本专利技术的第一个目的在于提供一种碳
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金属氧化物
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金属三组分中空微球吸波剂，该吸波剂中功能性特征主要由其微纳米尺度混合的多元组分带来，其球壳内具有三重界面和较高的分散性，可在较宽范围内方便地实现中空微球在吸波剂的组成和电磁参数调控；同时该吸波剂克服了传统吸波剂密度高、损耗能力弱、制备过程繁琐、经济性差等缺点。
[0005]本专利技术的另一个目的在于提供一种碳
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金属氧化物
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金属三组分中空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]一种碳
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金属氧化物
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金属三组分中空微球吸波剂，由中空内核和球壳组成；其中，所述中空内核为空气空腔；所述球壳结构为连续相的碳和作为分散相的金属氧化物
‑
金属复合颗粒组成。
[0008]进一步地，所述中空微球吸波剂的粒径为5
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60μm，密度0.7
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2.1g/cm3。
[0009]进一步地，所述中空微球吸波剂中，球壳厚度0.3
‑
1.8μm。
[0010]进一步地，所述中空微球吸波剂中，碳、金属氧化物、金属的质量比为20
‑
70:5
‑
20:5
‑
30。
[0011]进一步地，所述金属选自金属单质、金属合金或不同金属单质的混合物；所述金属氧化物可以为单一金属氧化物或两种及以上金属的复合氧化物。
[0012]进一步地，所述金属或金属氧化物中金属元素选自镍、铁、钴、铜中的一种或几种。
[0013]进一步地，所述金属氧化物为Fe2O3。
[0014]进一步地，所述金属与金属氧化物中的金属元素来源相同。
[0015]进一步地，所述金属成分由初始加入的金属氧化物纳米颗粒和水溶性金属盐经还原转化而来。
[0016]为达到上述第二个目的，本专利技术采用下述技术方案：
[0017]一种碳
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金属氧化物
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金属三组分中空微球吸波剂的制备方法，包括如下步骤：
[0018](1)将金属氧化物纳米颗粒、有机碳源和水溶性金属盐混合，搅拌均匀得喷雾浆料；
[0019](2)将浆料雾化干燥，得到球形中间体；
[0020](3)将所述中间体在惰性气氛中热处理，得所述碳
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金属氧化物
‑
金属三组分中空微球吸波剂。
[0021]进一步地，所述浆料中碳源、氧化物纳米颗粒、水溶性金属盐与去离子水的比例为(50
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250)g:(10
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30)g:(25
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180)g:(300
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500)g。
[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，所述水溶性金属盐包括但不限于为金属的氯化物、硫酸盐、硝酸盐、乙酸盐和其他水溶性有机金属盐。
[0024]进一步地，所述雾化干燥的条件为：进口温度为200
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350℃，干燥气氛为空气。
[0025]进一步地，所述热处理温度为400
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700℃，保温时间为1
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10h。
[0026]本专利技术的有益效果如下：
[0027]本专利技术提供的具有中空结构的碳
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金属氧化物
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金属三组分中空微球吸波剂通过内部的中空空腔可降低吸波剂密度；其次，可实现金属的原位碳热还原和预加入的氧化物纳米颗粒的分散，一方面可以通过碳、金属、氧化物的多重界面效应和多重损耗机制增强电磁波吸收，另一方面利用中空微球较大的微米级宏观尺寸还可以防止纳米颗粒的团聚，方便吸波剂的使用。
[0028]本专利技术提供的制备方法中，可使用金属材料在环境中氧化腐蚀产生的氧化物(如Fe2O3)作为初始反应物，为金属腐蚀后固体废弃物资源化利用提供了一种方法；此外该制备方法可克服传统复合型轻质吸波剂制备过程繁琐耗时、成本高、不利于大规模生产的问题。
附图说明
[0029]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。
[0030]图1示出本专利技术中碳
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金属氧化物
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金属三组分中空微球吸波剂的制备过程示意
图。
[0031]图2示出实施例1所制备的碳
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金属氧化物
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金属三组分中空微球吸波剂的X射线衍射(XRD)图。
[0032]图3示出实施例1所制备的碳
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金属氧化物
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金属三组分中空微球吸波剂的扫描电子显微镜(SEM)图。
[0033]图4示出实施例1所制备的碳
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金属氧化物
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种碳
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金属氧化物
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金属三组分中空微球吸波剂，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；所述球壳结构为连续相的碳和作为分散相的金属氧化物
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金属复合颗粒组成。2.根据权利要求1所述的中空微球吸波剂，其特征在于，所述中空微球吸波剂的粒径为5
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60μm，密度0.7
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2.1g/cm3。3.根据权利要求1所述的中空微球吸波剂，其特征在于，所述中空微球吸波剂中，球壳厚度0.3
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1.8μm。4.根据权利要求1所述的中空微球吸波剂，其特征在于，所述中空微球吸波剂中，碳、金属氧化物、金属的质量比为20
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70:5
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20:5
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30。5.根据权利要求1所述的中空微球吸波剂，其特征在于，所述金属选自金属单质、金属合金或不同金属单质的混合物；所述金属氧化物可以为单一金属氧化物或两种及以上金属的复合氧化物；优选地，所述金属氧化物为Fe2O3。6.一种如权利要求1
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5任一项所述的碳
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【专利技术属性】
技术研发人员：安振国，贾倩倩，刘冉，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：