一种纳米金属氧化物/碳复合吸波材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种纳米金属氧化物/碳复合吸波材料，由碳和金属氧化物组成；其中碳的质量百分含量为65

【技术实现步骤摘要】
一种纳米金属氧化物/碳复合吸波材料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及吸波材料
，尤其是一种纳米金属氧化物/碳复合吸波材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]随着先进雷达探测技术的发展，对装甲战车、舰艇、飞机、导弹等军事设备的隐身能力提出了越来越高的要求。电磁吸波材料可以在不改变武器的发动机结构位置前提下，有效降低武器设备的雷达反射截面，从而有效提高其防御能力和生存能力，成为各国军事研究的热点。除了在军用隐身领域外，电磁吸波材料还能减少电磁信号干扰维护精密仪器仪表等电子设备正常运行，避免产生仪器测试误差及信号泄露等问题；电磁防护服等还能降低电磁辐射能量对人体免疫、生殖及神经系统等的危害，保护工作人员的安全。目前，开发出“薄厚度、轻质量、宽吸收频带、强反射损耗”等优异综合性能的吸波材料，是吸波隐身领域的一大研究方向。研究表明，以磁性纳米粒子或介电损耗材料改性的碳材料，因可同时通过电阻损耗和磁损耗/介电损耗吸波，具有较佳的阻抗匹配特性，能满足电磁吸收“宽和强”的要求，也能有效改善对薄厚度和低密度的“薄和轻”的需求，有望替代传统隐身材料(羰基铁粉、铁氧体、钡钛矿等)。然而，碳纳米管、石墨烯及碳纤维这类碳材料制备过程复杂、需要使用有毒溶剂、价格昂贵，在大规模涂覆于基材表面时造价过高，不利于工业化应用。
[0003]生物质价格低廉、来源丰富、绿色环保，以生物质为前驱体进行炭化得到的碳材料可继承生物质材料的各类孔结构，增加入射电磁波的多次反射及界面极化损耗吸收电磁波，增强吸波性能。Zhao等以柚子皮为基材，通过水热及碳化过程将其转化为类石墨片层结构的多孔碳纳米片，实现了高效吸波(Carbon,173,2021,501
‑
511)。然而，生物质个体差异较大，结构不均匀，经改性和碳化后结构稳定性较差，涂覆在基材上使用时会因结构不均匀导致部分位置无所需吸波效果。因此，目前需要解决的技术问题是：如何用低成本、绿色环保工艺手段研制开发出结构形貌均匀可控的磁损耗/介电损耗材料改性的碳材料，使其在低添加量条件下实现对入射电磁波的宽频强吸收。

技术实现思路

[0004]针对上述的如何用低成本、绿色环保工艺手段研制开发出结构形貌均匀可控的磁损耗/介电损耗材料改性的碳材料的技术问题，本专利技术提供一种纳米金属氧化物/碳复合吸波材料及其制备方法。
[0005]本专利技术提供的纳米金属氧化物/碳复合吸波材料，由碳和金属氧化物组成。其中碳的质量百分含量为65
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90％，金属氧化物的质量百分含量为10
‑
35％。所述金属氧化物为ZnO或CuO。
[0006]所述纳米金属氧化物/碳复合吸波材料为空心纳米棒结构。
[0007]纳米金属氧化物/碳复合吸波材料的比表面积介于300～600g/cm3，使用时最小反
射损耗介于
‑
20～
‑
60dB，有效吸波带宽介于3
‑
7GHz。
[0008]上述纳米金属氧化物/碳复合吸波材料的制备方法，包括以下两个步骤：
[0009]步骤1、制备金属
‑
生物质多酚网络骨架前驱体，制备方法有以下两种：
[0010]方法一、将表面活性剂分散在水和乙醇的混合溶液中，表面活性剂的浓度为0.5
‑
2％，加入氨水调节pH至9，加入生物质多酚后反应24小时，再加入金属盐反应12小时，经离心、洗涤、干燥后得到金属
‑
生物质多酚网络骨架前驱体。
[0011]优选的是，水和乙醇的体积比为4：1～8：1；生物质多酚与表面活性剂的质量比为1：2～4：1；金属盐与表面活性剂的质量为1：4～2：1。
[0012]优选的是，离心速度为5000～8000r/min，每次离心5分钟，离心次数为3～5次。
[0013]方法二、将表面活性剂、生物质多酚、金属盐放置在球磨机上，以20Hz的高频球磨0.5小时，然后用水和乙醇洗涤三次后干燥，得到金属
‑
生物质多酚网络骨架前驱体。
[0014]两种方法中使用的表面活性剂、生物质多酚、金属盐等原料均相同。其中，所述表面活性剂为聚环氧乙烷
‑
聚环氧丙烷
‑
聚环氧乙烷三嵌段共聚物P123、F127、聚乙烯吡咯烷酮中的一种。
[0015]所述生物质多酚为单宁酸、没食子酸、鞣花酸中的一种或几种的组合。
[0016]所述金属盐为锌盐或铜盐。锌盐优选为硝酸锌、氯化锌、硫酸锌和醋酸锌中的一种。铜盐优选为硝酸铜、氯化铜、硫酸铜和醋酸铜中的一种。
[0017]步骤2、将金属
‑
生物质多酚网络骨架前驱体在惰性气体中加热炭化，炭化温度600～850℃，保温1～3小时，然后冷却，即得到纳米金属氧化物/碳复合吸波材料。
[0018]所述惰性气体为高纯氮气或高纯氩气，加热升温速度为3～10℃/min。
[0019]与现有技术相比，本专利技术的有益之处在于：
[0020](1)本专利技术制备了一种金属
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生物质多酚网络骨架基金属氧化物/碳复合材料。通过表面活性剂的软模版功能，促使金属
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生物质多酚网络生长成均匀的纳米针结构。金属
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生物质多酚网络的形貌丰富且结构规整、具有高的比表面积和丰富的介孔结构。通过热解炭化，促使金属
‑
生物质多酚网络脱水炭化并形成含有丰富介孔结构的金属氧化物与碳复合材料。金属氧化物均匀分布在多孔碳的网络骨架中，有效增加了界面偶极极化，金属氧化物可以有效改善多孔碳的阻抗匹配特性，实现高效吸波。
[0021](2)本专利技术的金属氧化物/碳复合吸波材料由碳骨架和金属氧化物组成，同时具有轻质量、高表面积、优异的热氧稳定性、丰富多孔结构等特点，该类复合材料可以在较低添加量下实现对入射电磁波的宽频强吸收。可在较低添加量下(15wt％
‑
30wt％)，实现入射电磁波宽频强吸收(最小反射损耗介于
‑
20～
‑
60dB，吸波有效带宽介于3
‑
7GHz)。
[0022](3)本专利技术提供的金属氧化物/碳复合材料具有介电损耗、电阻损耗、界面极化损耗和多步反射损耗吸波特性，而且具有适中的电阻率、多孔性、阻抗匹配特性，在微波吸收领域具有较佳的应用前景。
[0023](4)本专利技术通过调节表面活性剂、生物质多酚、金属盐的配比、炭化温度、反应时间等条件，可以调控金属氧化物/碳复合吸波材料的微观形貌及尺寸。使用的多酚、表面活性剂、金属盐等试剂价格便宜，使用的设备简单、操作容易，环境友好。
[0024]本专利技术的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本专利技术的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明
[0025]图1为本专利技术实施例1制备的ZnO/C复合吸波材料的XRD谱图。
[0026]图2为本专利技术实施本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种纳米金属氧化物/碳复合吸波材料，其特征在于，由金属氧化物和碳组成，其中，碳的质量百分含量为65
‑
90％，金属氧化物的质量百分含量为10
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35％；金属氧化物为ZnO或CuO。2.如权利要求1所述的纳米金属氧化物/碳复合吸波材料，其特征在于，该吸波材料为空心纳米棒结构。3.一种如权利要求1或2所述的纳米金属氧化物/碳复合吸波材料的制备方法，其特征在于，包括以下两个步骤：步骤1、制备金属
‑
生物质多酚网络骨架前驱体；步骤2、将金属
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生物质多酚网络骨架前驱体在惰性气体中加热炭化，炭化温度600～850℃，保温1～3小时，然后冷却，即得到纳米金属氧化物/碳复合吸波材料。4.如权利要求3所述的纳米金属氧化物/碳复合吸波材料的制备方法，其特征在于，所述步骤1具体是：将表面活性剂分散在水和乙醇的混合溶液中，加入氨水调节pH至9，加入生物质多酚后反应24小时，再加入金属盐反应12小时，经离心、洗涤、干燥后得到金属
‑
生物质多酚网络骨架；其中，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：程金波，赵春霞，武元鹏，李辉，向东，王斌，王犁，
申请(专利权)人：西南石油大学，
类型：发明
国别省市：