一种通过硫钴铜/膨胀石墨构筑可调控强吸波材料的方法技术

本发明专利技术公开了一种硫钴铜/膨胀石墨的可调控强吸波材料及其制备方法，涉及电磁吸收材料领域。将鳞片石墨，与浓硫酸和过二硫酸盐混合，利用微波辅助热溶剂插层制备酸性可膨胀石墨，利用微波辐射闪速升温制备三维多孔膨胀石墨；称取铜盐与钴盐超声溶解在乙二醇中，加入分散剂溶解，再称取硫脲溶解在混合溶液中，加入多孔膨胀石墨，采用微波溶剂法原位沉积硫钴铜化合物得到CuCo2S4@EG复合材料，此材料可有效调节碳基材料的电磁波阻抗匹配，实现阻抗匹配下的电磁波多重反射与衰减。该吸波材料在1.4～4mm厚度下，反射损失可达

【技术实现步骤摘要】
一种通过硫钴铜/膨胀石墨构筑可调控强吸波材料的方法


[0001]本专利技术涉及电磁吸收材料领域，具体涉及一种通过硫钴铜/膨胀石墨构筑可调控强吸波材料的方法。

技术介绍

[0002]电磁污染对人类的危害越来越大。除了宇宙射线、闪电、热辐射等造成的自然电磁污染外，人造卫星和雷达等通信设施造成的人为污染也给人类的健康生活带来相当大的危险。因此，对高效电磁波吸收及相关功能材料的制备已经引起了人们的兴趣。另一方面，为了增强战斗机在战场中的电磁隐身能力，减少雷达探测的反射波，有效制备高性能微波吸收涂层已十分必要。特别是在千兆赫兹(GHz)频带范围内，因为大多数雷达波在1
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18GHz范围内工作。
[0003]人们开始积极探索具有“轻、薄、宽、强”特点的高性能微波吸收材料。基于碳族、MXene、金属氧化物、过渡金属硫化物、金属有机骨架、导电聚合物的各种新型纳米结构材料已经成功制备，并显示出优异的电磁吸收性能。然而，目前强吸波材料制备仍然存在稳定性不高、制造工艺复杂、成本高、产量低和功能不足的缺点，极大地限制了传统吸波材料在不同工作环境中的应用。因此，新型高效低成本制备方法，以及新型可调控强吸波性能电磁波吸收材料体系开发十分必要。
[0004]膨胀石墨(EG)作为碳材料的一部分，具有低密度、高导电性和导热性以及良好的化学稳定性等固有优势。此外，EG特有的三维多孔松散结构，使其具有表面积大、柔韧性好和吸收性强等特点，并拥有丰富的活性位点和快速传输离子的通道。然而，与其他碳质吸波材料类似，由于EG的高导电性，增加了电磁波的反射，不利于电磁波穿透材料内部，导致阻抗匹配相对较差。目前，为了解决这个问题，根据复合材料思路设计和构建异质界面是提高碳材料阻抗匹配的有效方案。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种通过硫钴铜/膨胀石墨构筑可调控强吸波材料的方法，解决现有强吸波材料制备工艺复杂、膨胀石墨应用受限的问题。
[0006]为解决上述的技术问题，本专利技术采用以下技术方案：一种通过硫钴铜/膨胀石墨构筑可调控强吸波材料的方法，其特征在于包括如下步骤：
[0007]S1.选取50目～300目鳞片石墨，与浓硫酸和过二硫酸盐混合，利用微波辅助热溶剂插层制备酸性可膨胀石墨，反应结束后加入去离子水，洗涤抽滤至pH呈中性，烘干后得到可膨胀石墨，随后利用微波辐射闪速升温制备三维多孔膨胀石墨；
[0008]S2.称取铜盐与钴盐超声溶解在乙二醇中得到溶液a；向溶液a中加入1.5～5mmol/L的分散剂，超声搅拌至完全溶解，再称取硫脲溶解在混合溶液中，得到溶液b，在溶液b中加入0.6～1.5g/L的S1所制备的3D多孔膨胀石墨，超声搅拌均匀，采用微波溶剂法原位沉积硫钴铜化合物；反应结束后，取出产物，洗涤、干燥，得到CuCo2S4@EG复合材料。
[0009]更进一步的技术方案是所述步骤S1中过二硫酸盐为过硫酸钾、过硫酸钠或过硫酸铵中一种。
[0010]更进一步的技术方案是所述步骤S1中微波辅助热溶剂插层的具体过程为将混合物放入微波环境中，在温度为50～120℃下反应4～30min。
[0011]更进一步的技术方案是所述步骤S1中微波辐射闪速升温的具体过程为在功率为500～6000W的微波下辐照40～240s。
[0012]更进一步的技术方案是所述步骤S2中微波溶剂法的具体过程为将混合物置于微波环境中，在反应温度为120～200℃下反应30～80min，微波功率为1000～3000W。
[0013]更进一步的技术方案是所述步骤S2中铜盐为氯化铜，硝酸铜或硫酸铜中的一种，钴盐为氯化钴，硝酸钴或硫酸钴的一种。
[0014]更进一步的技术方案是所述步骤S2中分散剂为十六烷基三甲基溴化铵或N,N
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二甲基甲酰胺中的一种。
[0015]更进一步的技术方案是所述步骤S2中铜盐与钴盐中铜与钴摩尔比为1：2～10。
[0016]更进一步的技术方案是所述步骤S1中鳞片石墨、浓硫酸、过二硫酸盐质量比为1:15～45:1。
[0017]更进一步的技术方案是所述步骤S2中乙二醇为0.03～10L，铜盐的用量为1～8mmol/L，钴盐的用量为3～80mmol/L，硫脲用量为1～10mmol/L。
[0018]更进一步的技术方案是CuCo2S4@EG复合材料与有机聚合物或无机胶粘剂混合后涂覆在目标物体表面，可使飞行器、舰艇等军事目标具有隐身性能，消除雷达系统的电磁波干扰及微波设备的电磁波吸收。
[0019]反应机理：
[0020]浓硫酸、过二硫酸盐在微波辅助下将鳞片石墨进行快速氧化插层得到可膨胀石墨，再在微波辐照下随着快速升温，迅速膨胀得到三维多孔的膨胀石墨，得到的膨胀石墨片层间距大，比表面积较大，拥有特殊的三维立体谐振腔结构，有利于形成较好的导电网络和电磁波的多重内反射和散射，增强电磁波的吸收和损耗。
[0021]膨胀石墨是一种典型的电阻型吸波材料，具有密度小、偶极子丰富、电导损耗高等特点，但较高的介电常数值导致了其阻抗匹配较差，本专利技术通过引入磁损耗材料来提高吸波材料的电磁波吸收能力。使用铜盐和钴盐的添加来调控吸波材料的磁损耗，通过分散剂、超声搅拌措施，再使用微波溶剂法，使CuCo2S4均匀沉积在膨胀石墨表面，得到絮状的CuCo2S4@EG复合材料，制备的吸波材料具有特殊的三维花
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蜂窝状形貌，花状CuCo2S4组分均匀沉积在膨胀石墨表面，异质界面结合好，使得成品的吸波材料具有比表面积大、密度轻、吸收频带宽、吸收性能强、结构稳定的特点。
[0022]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：提供一种操作简单的硫钴铜/膨胀石墨的可调控强吸波材料制备方法，通过微波辅助氧化插层，再通过微波辐照快速制得膨胀石墨，膨胀石墨基体具有三维多孔松散结构，并且拥有丰富的活性位点和快速传输离子的通道。这种三维蜂窝结构既可以起到承载磁性化合物的功能，又可以利用丰富的孔隙腔体进行电磁波多重反射，有利于电磁波损耗。
[0023]再将膨胀石墨与铜盐钴盐复配后分散，辅以微波溶剂沉积，制备得CuCo2S4@EG复合材料，制备的吸波材料具有特殊的三维花
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蜂窝状形貌，这种特殊的三维异质结构能提供丰
富的异质界面和缺陷，增强介电损耗，同时产生自然共振和交互共振，增强磁损耗，有效调节阻抗匹配。通过改变铜盐与钴盐中铜与钴摩尔比可以有效调控吸波材料的电磁波性能。采用微波辅助合成，制备效率高，耗时更短，且花状CuCo2S4组分沉积均匀，异质界面结合好。
[0024]本专利技术所制备的吸波材料具有比表面积大、密度轻、吸收频带宽、吸收性能强的特点，结构稳定，实验可重复性强。该吸波材料在1.4～4mm厚度下，反射损失可达
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40.55～
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72.28dB，有效吸收带宽为2.2～4.14GHz。
[0025]本专利技术制备方法工艺简单安全、成本低廉、绿色环保，可以有效构筑可调控强吸本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种通过硫钴铜/膨胀石墨构筑可调控强吸波材料的方法，其特征在于包括如下步骤：S1.选取50目～300目鳞片石墨，与浓硫酸和过二硫酸盐混合，利用微波辅助热溶剂插层制备酸性可膨胀石墨，反应结束后加入去离子水，洗涤抽滤至pH呈中性，烘干后得到可膨胀石墨，随后利用微波辐射闪速升温制备三维多孔膨胀石墨；S2.称取铜盐与钴盐超声溶解在乙二醇中得到溶液a；向溶液a中加入1.5～5mmol/L的分散剂，超声搅拌至完全溶解，再称取硫脲溶解在混合溶液中，得到溶液b，在溶液b中加入0.6～1.5g/L的S1所制备的3D多孔膨胀石墨，超声搅拌均匀，采用微波溶剂法原位沉积硫钴铜化合物；反应结束后，取出产物，洗涤、干燥，得到CuCo2S4@EG复合材料。2.根据权利要求1所述的一种通过硫钴铜/膨胀石墨构筑可调控强吸波材料的方法，其特征在于：所述步骤S1中过二硫酸盐为过硫酸钾、过硫酸钠或过硫酸铵中一种。3.根据权利要求1所述的一种通过硫钴铜/膨胀石墨构筑可调控强吸波材料的方法，其特征在于：所述步骤S1中微波辅助热溶剂插层的具体过程为将混合物放入微波环境中，在温度为50～120℃下反应4～30min。4.根据权利要求1所述的一种通过硫钴铜/膨胀石墨构筑可调控强吸波材料的方法，其特征在于：所述步骤S1中微波辐射闪速升温的具体过程为在功率为500～6000W的微波下辐照40～240s。5...

【专利技术属性】
技术研发人员：许磊，魏群，唐治梦，韩朝辉，谢诚，郭利容，许张彪，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：发明
国别省市：