一种MOF衍生的碳基磁性纳米复合电磁波吸收材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种MOF衍生的碳基磁性纳米复合电磁波吸收材料及其制备方法，涉及电磁波吸收材料领域，具有较大的比表面积和多重衰减特性且满足吸波材料轻质化的需求。该吸波材料为MOF衍生的多孔纳米复合材料，呈现出片状多孔结构，本发明专利技术利用热还原法合成且还利用酸蚀刻增加了多界面和碳缺陷以增强界面极化损耗和弛豫极化损耗。此外，生成的铁磁产物（Ni4N、CoFe）有利于提高磁损耗能力；多层阻抗梯度设计优化了阻抗匹配特性。本发明专利技术设计的双层吸收涂层表现出了优异的微波吸收性能，实现了在总厚度为3 mm的条件下，有效频带厚度达7.1 GHz的宽带吸收，表现出了良好的电磁波吸收性能。表现出了良好的电磁波吸收性能。表现出了良好的电磁波吸收性能。

【技术实现步骤摘要】
一种MOF衍生的碳基磁性纳米复合电磁波吸收材料及其制备方法


[0001]本专利技术属于吸波材料
，具体涉及一种MOF衍生的碳基磁性纳米复合电磁波吸收材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]无线广播、5G通信、射频(RF)设备等当代电磁技术的飞速发展，让人们在享受生活便利的同时；由于过度的电磁辐射造成的各种电磁污染已经直接威胁人类健康。因此，研究电磁屏蔽和吸收材料以减少电磁污染迫在眉睫。另一方面，研究性能优异的电磁波吸收材料仍然是一项重大挑战，尤其是制备厚度薄、有效吸收带宽大、重量轻、吸收能力强的材料。
[0003]零维(0D)富勒烯、一维(1D)碳纳米管、二维(2D)石墨烯等低维碳基复合材料的构建是实现微波吸收材料轻量化和强吸收的有效途径。然而，单一碳材料的过度电导损耗往往会导致阻抗匹配较差，从而导致有效带宽较窄。解决这些问题的一种有效方法是构建宏观多孔结构，例如蜂窝结构，这通常以牺牲涂层的厚度为代价。除此方法外，在碳骨架上加载磁性纳米粒子以提高衰减能力和阻抗匹配是另一种有效的方法，西北大学李兴华课题组制备的FeNi3纳米晶体装饰石墨烯，在低厚度下实现了对电磁波最小反射率约
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57.2dB的强吸收(Optimization of porous FeNi3/N
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GN composites with superior microwave absorption performance,Chemical Engineering Journal,2018
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>04
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04.)。然而，如何确保磁性纳米粒子在碳框架中的均匀分散以及在实际工程应用中的分散仍然是一个问题。因此，构建具有均匀分散的磁性纳米粒子的低维碳基材料成为了实现优异电磁波吸收性能的优选方法。
[0004]金属有机骨架材料(MOF)是一种多孔结晶有机骨架材料，具有结构稳定、比表面积大、化学改性适宜等优点，在微波吸收方面具有广阔的应用前景。此外，通过中心金属离子和有机配体的配位，热还原后可以制备具有均匀分散磁性纳米粒子的微波吸收材料的潜在多重衰减特性。然而，碳骨架中的低金属含量限制了磁损耗能力的增强。因此，在MOFs中进一步负载磁性纳米粒子可视为解决该问题的有效方法。南京航空航天大学姬广斌课题组利用MOF的高度多孔结构将Co纳米颗粒均匀地引入碳骨架中以增强磁损耗(Enhanced Low
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Frequency Electromagnetic Properties of MOF
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Derived Cobalt through Interface Design,ACS Applied Materials&Interfaces,2018
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08
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29.)。北京航空航天大学刘晓芳课题组在ZIF
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67上组装MoS2纳米片和Co9S8纳米颗粒，以全面调整衰减能力和阻抗匹配(D
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1D
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2D multidimensionally assembled Co9S8/CNTs/MoS2 composites for ultralight and broadband electromagnetic wave absorption,Chemical Engineering Journal,2021
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05
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02.)。毫无疑问，所有这些方法都可以在一定程度上提高介电/磁损耗能力。然而，在大多数情况下，伴随着MOF框架的结构坍塌，并且由多孔特征衍生的多重界面极化没有得到有效利用。

技术实现思路

[0005]本专利技术提供一种MOF衍生的碳基磁性纳米复合电磁波吸收材料及其制备方法，所述材料在低填充度和低厚度下仍具有强的反射损耗和较宽的有效吸收频带，且设计的多层涂层在不同的俯仰角下表现出良好的微波散射和吸收能力；且制备方法不用剧毒的有机溶剂，成本低、工艺简单，可以用于大规模工业化生产。
[0006]为实现以上目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0007]一种MOF衍生的碳基磁性纳米复合电磁波吸收材料，所述材料的结构呈现为二维六角片状多孔碳骨架和均匀分布的金属纳米颗粒，所述二维片状结构是多界面的，金属Co和Zn均匀分布在整个碳骨架中，并且包含大量的碳缺陷与铁磁产物(Ni4N、CoFe)。这些要素利于改善多界面极化和弛豫极化损失，且有利于提高磁损耗能力。
[0008]所述电磁波吸收材料的厚度不大于100nm，六角片状结构的长度不超过11μm，纳米颗粒均匀分布在整个碳骨架中。
[0009]所述电磁吸波剂在测试过程中需要和石蜡粘结剂均匀混合，吸波剂的填充量为10wt.％。
[0010]上述MOF衍生的碳基磁性纳米复合电磁波吸收材料的制备方法，包括如下步骤：
[0011]步骤1：将2
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甲基咪唑(C4H6N2)溶解于超纯水中，标记为溶液A，其后，将Co(NO3)2·
6H2O和Zn(NO3)2·
6H2O(Co
2+
和Zn
2+
的摩尔比为2:3)溶解在超纯水中，记为溶液B；最后，将溶液B缓慢加入溶液A中，搅拌5h，静置12h、洗涤、离心、真空干燥后得到二维双金属(Co，Zn)
‑
ZIF纳米片前驱物；
[0012]其中，2
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甲基咪唑、Co(NO3)2·
6H2O、Zn(NO3)2·
6H2O的摩尔比为50：2：3；
[0013]步骤2：将步骤1中的前驱物溶解于无水乙醇中，标记为溶液C，随后将Ni(NO3)2·
6H2O或乙酸铁(II)溶解于无水乙醇中，记为溶液D或E，将溶液D或E缓慢加入溶液C中并搅拌1h，经过洗涤、离心、真空干燥与煅烧过程，制备得到二维Ni@CoZn/C或Fe@CoZn/C纳米片复合材料；
[0014]其中，前驱物与Ni(NO3)2·
6H2O的质量比为2：3；前驱物与乙酸铁(II)的质量比为15：1；
[0015]所述煅烧过程中煅烧气体为氩气，升温速率为2℃/min，热处理温度为650℃，保持3h。
[0016]有益效果：本专利技术提供了一种MOF衍生的碳基磁性纳米复合电磁波吸收材料及其制备方法，使用溶剂热法制备双金属(Co，Zn)
‑
ZIF纳米片，然后通过添加Ni
2+
或Fe
2+
一方面掺杂新纳米粒子相，另一方面Ni
2+
和Fe
2+
水解产生的弱酸性环境使得酸(Co，Zn)
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ZIF发生一定程度的解离，酸蚀刻增加了多界面和碳缺陷；同时利用高温煅烧热分解反应，制备二维Ni@CoZn/C、二维Fe@CoZn/C纳米片复合材料。基于二维片状金属有机框架材料掺杂磁性纳米粒子，提高了磁损耗能力；酸蚀刻增加了多界面和碳缺陷，证本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种MOF衍生的碳基磁性纳米复合电磁波吸收材料，其特征在于，所述材料的结构为二维六角片状多孔碳骨架和均匀分布的金属纳米颗粒，所述二维片状结构是多界面的，金属Co和Zn均匀分布在整个碳骨架中，所述碳骨架中具有碳缺陷与铁磁产物。2.根据权利要求1中所述的MOF衍生的碳基磁性纳米复合电磁波吸收材料，其特征在于，所述电磁波吸收材料的厚度不大于100nm，六角片状结构的长度不超过11μm。3.根据权利要求1中所述的MOF衍生的碳基磁性纳米复合电磁波吸收材料，其特征在于，所述铁磁产物为Ni4N或CoFe。4.一种MOF衍生的碳基磁性纳米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：步骤1：将2
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甲基咪唑(C4H6N2)溶解于超纯水中，标记为溶液A，其后将Co(NO3)2·
6H2O和Zn(NO3)2·
6H2O溶解在超纯水中，记为溶液B；最后将溶液B缓慢加入溶液A中，搅拌5h，静置12h、洗涤、离心、真空干燥后得到二维双金属(Co，Zn)
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ZIF纳米片前驱物；步骤2：将步骤1中的前驱物溶解于无水乙醇中，标记为溶液C，随后将Ni(NO3)2·
6H2O或乙酸铁(II)溶解于无水乙醇中，记为溶液D或E，将溶液D或E缓慢加入溶液C中并搅拌1h，经过洗涤、离心、真空干燥与煅烧过程，制备...

【专利技术属性】
技术研发人员：何建平，潘俊杰，王涛，夏伟，曲宏娇，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：