一种具有抗腐蚀性能的镍锌纳米胶囊/纳米花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具有抗腐蚀性能的镍锌纳米胶囊/纳米花复合吸波材料及其制备方法，属于新型吸波材料技术领域。该方法包括：1)密胺泡沫清洗；2)负载金属离子；3)原位生长金属有机框架(MOFs)；4)炭化。本发明专利技术创新性地在ZIF

【技术实现步骤摘要】
一种具有抗腐蚀性能的镍锌纳米胶囊/纳米花复合吸波材料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及新型吸波材料制备
，具体涉及一种具有抗腐蚀性能的镍锌纳米胶囊/纳米花复合吸波材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]随着电子信息技术的急速发展与电子设备的广泛应用，电磁污染问题日趋严重。近年来，手机、电视、广播等多种射频设备功率成倍增加，大量不受控高频电磁辐射的产生不仅会干扰高度精密仪器的正常运行，还会对人的视觉系统、机体免疫功能、中枢神经系统等产生不同程度的危害，如能激活原癌基因，诱发癌症，是造成儿童白血病的主要原因之一。因此，迫切需要开发出能够净化电磁环境的功能性材料以应对日益严重的电磁污染。吸波材料是一种能够将电磁能转化为热能的新型材料，在近二十年中受到了人们的广泛关注。目前针对吸波材料的研究主要集中在拓宽材料对电磁波的有效吸收频率范围，即提升材料的有效带宽。然而，随着吸波材料应用逐渐广泛，吸波材料在使用过程中的化学稳定性逐渐受到人们的关注，一些极端条件下的应用场景更是要求吸波材料兼具高带宽与耐腐蚀的特点，因此解决吸波材料的抗腐蚀性能至关重要。
[0003]金属有机框架(MOFs)是由金属节点和有机配体通过配位键组装连接形成的具有周期性网络结构的结晶多孔材料，具有比表面积大、金属中心种类多、与聚合物相容性好等优点，在吸附分离、存储、电池、催化等领域有重要应用价值，受到了国内外研究者的广泛关注。MOFs衍生的碳基复合材料不仅具备MOFs的高比表面积、丰富的形貌等特点，其内部的磁性金属还能额外赋予其磁损耗的能力，使得材料能够协同磁损耗与介电损耗从而达到电磁协同，是目前最有潜力的吸波材料之一。然而，MOFs衍生材料中的磁性颗粒极易受到外界环境的腐蚀，进而使其吸波性能大幅下降，这严重限制了其实际应用。因此，解决MOFs衍生材料的易腐蚀问题在电磁波吸收领域具有重要意义，目前鲜见具有抗腐蚀性能MOFs衍生材料的相关报道。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种具有抗腐蚀性能的镍锌纳米胶囊/纳米花复合吸波材料及其制备方法，所制备的复合吸波材料兼具吸波频带宽和抗腐蚀能力强的特点。
[0005]为实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案如下：
[0006]一种具有抗腐蚀性能的镍锌纳米胶囊/纳米花复合吸波材料的制备方法，包括如下步骤：
[0007](1)泡沫清洗：将密胺泡沫依次经去离子水、无水乙醇反复超声清洗，将清洗好的密胺泡沫捞出，烘干备用；
[0008](2)负载金属离子：将步骤(1)所得处理后的密胺泡沫置于镍锌离子溶液中，经真空浸渍后，捞出并干燥，得到负载有金属离子的密胺泡沫；
[0009](3)原位生长金属有机框架(MOFs)：将步骤(2)负载金属离子的密胺泡沫置于2
‑
甲基咪唑溶液中，搅拌一段时间后在反应釜内进行高温水热反应，以使密胺泡沫的骨架表面原位生长MOFs；
[0010](4)炭化：将经步骤(3)处理后的密胺泡沫在氩气与氢气混合气氛下炭化，以使MOFs转化为MOFs衍生物，并得到所述镍锌纳米胶囊/纳米花复合吸波材料。
[0011]上述步骤(2)中，所述镍锌离子溶液由六水氯化镍、六水硝酸锌和去离子水组成，其中密胺泡沫、六水氯化镍、六水硝酸锌和去离子水的质量比为(1
‑
2)：(2
‑
5)：(40
‑
70)；密胺泡沫与六水氯化镍的质量比为(0.30
‑
0.60)：(1
‑
2)。
[0012]上述步骤(2)中，真空浸渍的真空度为10
‑
50Pa，保压时间为24
‑
48h，温度为常温。
[0013]上述步骤(3)中，所述2
‑
甲基咪唑溶液为2
‑
甲基咪唑与去离子水按重量比例为(4
‑
6)：(40
‑
70)混合而成；搅拌时间为20
‑
40min；水热反应时的加热温度为150
‑
200℃，加热时间为8
‑
15h。
[0014]上述步骤(4)中，所述氩气与氢气混合气氛中，氩气与氢气的流量比为(80
‑
100)：(2
‑
10)，炭化过程中以2
‑
10℃/min升温速率升温至炭化终温600
‑
1000℃，保温3
‑
5h，然后关加热随炉冷却。
[0015]利用所述方法制备的复合吸波材料，其为具有镍锌纳米胶囊与纳米花复合结构的镍锌MOFs衍生物。
[0016]该复合吸波材料的微观结构中，纳米胶囊生长在纳米花瓣表面；纳米胶囊为壳核结构，其内核为Ni3ZnC
0.7
，外壳为致密碳壳，碳壳将Ni3ZnC
0.7
内核进行了致密的封装，可起到抗腐蚀的作用。
[0017]本专利技术设计机理为：
[0018]众所周知，碳材料具有良好的化学稳定性，能耐酸性、碱性、和盐溶液的侵蚀。本专利技术将致密的碳壳包裹磁性纳米金属粒子，形成纳米胶囊结构，那么外层的碳壳可以实现对内部金属粒子的有效保护，提高材料的抗腐蚀性能；同时这种核壳结构还能够增加材料的异质界面，有利于材料的吸波性能。基于该设计思路，本专利技术创新性地在ZIF
‑
8型MOFs(由锌主导的传统MOFs)的合成过程中引入密胺泡沫与镍盐，通过密胺泡沫提供的高比表面积基础骨架和镍离子对锌离子的置换共同诱导ZIF
‑
8型MOFs的配位、形核、生长，并最终通过炭化得到一种具有核壳(纳米胶囊)与花瓣(纳米花)复合结构的镍锌MOFs衍生物，其兼具了吸波频带宽和抗腐蚀能力强的特点，实现了材料创新。
[0019]本专利技术的优点与有益效果如下：
[0020]1.引入磁性金属镍调控MOFs的组成和结构，磁性金属镍与锌一同构建MOFs，改变了MOFs的物相组成，并提升了衍生物中金属的催化能力，进而形成了具有核壳结构的MOFs衍生物。这种核壳结构有效隔离了易腐蚀组分与腐蚀介质，样品在为期6个月的腐蚀液(3mol/L HCl、3mol/L NaOH、3.5％ NaCl溶液)浸泡实验中仍然能保持自身的稳定；进一步对其中浸泡在3.5％ NaCl(模仿海水环境)中的样品进行电化学腐蚀性能测试，其腐蚀电流密度低至1.01
×
10
‑7A，而阻抗可以达到4.01
×
104Ω
·
cm2，证明其具有优异的耐腐蚀性能。
[0021]2.利用密胺泡沫的高比表面积基础骨架提供丰富的形核位点，改变了传统MOFs形成过程中有机配体与金属离子的配位方式，使得最终的样品呈现纳米花结构。这种结构提供了大量利于电磁波多重反射的空间，延长了电磁波在材料内的传输路径，有效提高了材
料的吸波性能，最终可以达到高达6.0GHz(11.9
‑
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有抗腐蚀性能的镍锌纳米胶囊/纳米花复合吸波材料的制备方法，其特征在于：该方法具体包括如下步骤：(1)泡沫清洗：将密胺泡沫依次经去离子水、无水乙醇超声清洗，将清洗好的密胺泡沫捞出，烘干备用；(2)负载金属离子：将步骤(1)所得处理后的密胺泡沫置于镍锌离子溶液中，经真空浸渍后，捞出并干燥，以使密胺泡沫的骨架负载金属离子；(3)原位生长金属有机框架(MOFs)：将步骤(2)负载金属离子的密胺泡沫置于2
‑
甲基咪唑溶液中，搅拌一段时间后在反应釜内进行高温水热反应，以使密胺泡沫的骨架表面原位生长MOFs；(4)炭化：将经步骤(3)处理后的密胺泡沫在氩气与氢气混合气氛下炭化，以使MOFs转化为MOFs衍生物，并得到所述镍锌纳米胶囊/纳米花复合吸波材料。2.根据权利要求1所述的镍锌纳米胶囊/纳米花复合吸波材料的制备方法，其特征在于：步骤(2)中，所述镍锌离子溶液由六水氯化镍、六水硝酸锌和去离子水组成，其中密胺泡沫、六水氯化镍、六水硝酸锌和去离子水的质量比为(1
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2)：(2
‑
5)：(40
‑
70)；密胺泡沫与六水氯化镍的质量比为(0.30
‑
0.60)：(1
‑
2)。3.根据权利要求1所述的镍锌纳米胶囊/纳米花复合吸波材料的制备方法，其特征在于：步骤(2)中，真空浸渍的真空度为10
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50Pa，保压时间为24
‑
48h，温度为常温。4.根据权利要求1所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：李建，谢天文，马嵩，汤素芳，庞生洋，
申请(专利权)人：中国科学院金属研究所，
类型：发明
国别省市：