一种磁性碳基复合材料及其制备方法和在电磁波吸收中的应用技术

本发明专利技术公开了一种磁性碳基复合材料及其制备方法和在电磁波吸收中的应用，属于隐身材料领域，本发明专利技术磁性碳基复合材料通过共沉淀、蚀刻、离子交换和一步热处理法制备而成，其形貌、成分种类以及含量可通过改变反应物含量及反应条件所调控。该复合材料具有制备过程简单，产量大，重复性高，密度小、高磁性成分含量等优点，将其压制成环，测试对电磁波的吸收性能。由于前驱体中引入额外磁性成分且对其进行蚀刻，复合材料形成中空结构，增强磁损耗，优化阻抗匹配，从而提升衰减能力，获得优异的电磁波吸收性能。波吸收性能。波吸收性能。

【技术实现步骤摘要】
一种磁性碳基复合材料及其制备方法和在电磁波吸收中的应用


[0001]本专利技术属于隐身材料
，特别涉及一种磁性碳基复合材料及其制备方法和在电磁波吸收中的应用。

技术介绍

[0002]随着信息时代的来临，在现代化战场上，先进的侦察技术以及精准打击技术将会对大型武器装备以及探测装备造成无法估量的威胁。为了实现探测以及反侦察，隐身技术的应用将起到关键性的作用。其中，雷达隐身技术主要采用雷达吸波材料设计、外形结构设计和阻抗加载设计等方法，是目前最常见且最有效的一种反探测技术。相比于其他两种设计方法，雷达吸波材料由于可以直接涂覆在任意形态的结构表面且具有较强的降低RCS的能力，已经被广泛应用于军事领域当中。与此同时，在生活中，5G时代的来临，使得大量的天线装置在接收和发射电磁波的过程中会产生电磁辐射，且随着功率的增大，电磁辐射也在大幅度增强。这些电子设备给人民生活带来方便的同时，也迫使人们的生活环境充斥着大量的电磁辐射源。而大量的电磁辐射不仅会造成精密仪器的老化和失效，还对社会生活环境和人们的生命健康安全造成危害。因此，如何降低电磁辐射，构建安全的生活环境已然成为了重大研究课题。其中，设计并应用电磁波吸收材料是目前最主要的防治手段之一。所以，基于军事以及生活等各个方面，电磁波吸收材料掀起了科研工作者们的研究热潮。同时，相比于传统吸波材料来说，目前迫切地需要设计出具有强吸收、宽带宽、薄厚度以及低密度特点的新型吸波材料。
[0003]到目前为止，研究者们已然研究出包括碳材料、磁性材料以及复合材料等多种电磁波吸收材料。相比于单成分吸波剂来说，具有多成分的复合材料更易获得良好的吸波性能。其中，金属有机框架衍生的磁性碳基复合材料由于兼具介电损耗和磁损耗且形貌、成分可调，吸引了研究者们的关注。然而，成分单一、结构不稳定、磁性成分含量少等问题仍是限制其应用的主要原因。为了解决以上问题，从提升材料磁损耗的角度，通过引入额外磁性成分并构建中空或多孔结构来制备具有高性能、轻质等特点的吸波材料。其中，引入额外磁性成分不仅可以引入更多界面提升界面极化损耗，还可以形成合金，提升磁损耗；而构建中空等结构可防止因引入更多金属元素而造成材料密度大幅度增加的现象，同时有利于优化阻抗匹配，提升材料的性能。因此，基于钴基类普鲁士蓝材料，通过对其进行离子交换和蚀刻，引入额外磁性元素，使其经高温热解后磁损耗能力增强，从而制得兼具介损和磁损、阻抗匹配特性良好的磁性碳基复合材料。

技术实现思路

[0004]本专利技术提供了一种磁性碳基复合材料及其制备方法和在电磁波吸收中的应用，制备得到的磁性/碳复合材料不仅制备方法简单，产量且重复率高，还具有较高的磁性成分含量，并形成金属合金，增强材料的磁损耗及优化界面极化损耗；同时由于中空结构，可减小
材料密度，并促进电磁波的反射和散射，延长衰减过程，有利于获得优异的电磁波吸收性能。
[0005]为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0006]一种磁性碳基复合材料，所述材料为中空立方块结构，所述材料中碳包裹金属成分(Co/CoFe)，所述中空立方块尺寸为0.5～1μm；金属、金属合金及碳成分相互作用，形成界面，增强界面极化损耗；引入额外磁性成分提高了材料的磁损耗能力、降低导电损耗，从而促进了电磁波的衰减，优化阻抗匹配特性。
[0007]一种磁性碳基复合材料的制备方法，包括以下步骤：
[0008]1)将580mg的CoCl2·
6H2O溶于蒸馏水中，并加入1.06g的柠檬酸三钠；
[0009]2)将532mg的钴氰化钾溶于蒸馏水中；
[0010]3)将步骤2)中的溶液在搅拌的过程中缓慢加入到步骤1)的溶液中，搅拌均匀，静置24h后，离心清洗并干燥收集；
[0011]4)取一定质量的步骤3)中的前驱体放入100mL的密封瓶中，加入100mL蒸馏水，超声分散；
[0012]5)将步骤4)中的溶液在连续搅拌的过程中依次加入一定摩尔质量的FeCl2·
4H2O和一定质量的尿素，密封后，连续搅拌；
[0013]6)将水浴锅温度设置并升温至80℃；
[0014]7)将步骤5)中的密封瓶放置在步骤6)中水浴锅内，在一定转速下连续搅拌一定时间；
[0015]8)将步骤7)中反应一定时间后的溶液在室温静置6h后，离心清洗并干燥收集；
[0016]9)将步骤8)中的粉末在氮气氛围下进行600℃的热处理，升温速率为2℃/min，时间为2h，得到中空磁性/碳复合材料。
[0017]以上所述步骤中，步骤4)中前驱体质量为50～200mg；
[0018]步骤5)中所述的0<FeCl2·
4H2O的物质的量≤4mmol，尿素的质量范围为0～2.4g；
[0019]步骤7)中水浴锅的转速范围为100～300r/min，搅拌时间范围为3～24h；
[0020]采用上述磁性碳基复合材料与石蜡进行混合并压制成内外径比为3.0/7.0的环，调节材料与石蜡的填料比为15～40wt％，测试并计算电磁波吸收性能。
[0021]有益效果：本专利技术提供了一种磁性碳基复合材料及其制备方法和在电磁波吸收中的应用，通过共沉淀、蚀刻、离子交换和一步热处理法制备而成，本专利技术通过调节蚀刻和离子交换过程中加入的反应物含量以及反应条件，探究热处理后不同形貌、磁性以及碳成分含量对材料电磁性能的影响，发现，具有均衡介电损耗和磁损耗的复合材料展现了更为优异的吸收性能，这主要是因为经离子交换后在前驱体表面生成金属氧化物，引入额外磁性成分，因此经碳化后，碳成分用于还原金属离子及金属氧化物为金属单质，不仅提升材料的磁损耗能力，还极大程度地降低了材料的导电损耗，提升界面极化损耗，优化阻抗匹配，从而提升材料的电磁性能；此外，中空结构促进了电磁波的多重散射和衍射，延长了反应路径，同时降低密度，为获得轻质、高效的电磁波吸收材料提供了新的思路和方向。
附图说明
[0022]图1是本专利技术实施例1制备的磁性碳基复合材料的扫描电子显微镜图
[0023]图2是本专利技术实施例1制备的磁性碳基复合材料的透射电子显微镜图
[0024]图3是本专利技术实施例1制备的磁性碳基复合材料在填充量为25％下的反射损耗图
[0025]图4为本专利技术实施例2制备的磁性碳基复合材料的XRD图谱
[0026]图5是本专利技术实施例2制备的磁性碳基复合材料在填充量为25％下的反射损耗图
[0027]图6是本专利技术实施例3制备的磁性碳基复合材料的扫描电子显微镜图
[0028]图7是本专利技术实施例3制备的磁性碳基复合材料在填充量为25％下的反射损耗图
具体实施方式
[0029]下面结合附图和具体实施例对本专利技术作出进一步说明：
[0030]实施例1
[0031]一种磁性碳基复合材料的制备方法，包括以下步骤：
[0032]将580mg CoCl2·
6H2O和1.06g的柠檬酸三钠溶解在80mL蒸馏本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种磁性碳基复合材料，其特征在于，所述材料为中空立方块结构，所述材料中碳包裹金属成分；金属单质、金属合金以及碳成分相互作用形成界面。2.根据权利要求1所述的磁性碳基复合材料，其特征在于，所述中空立方块尺寸为0.5～1μm。3.根据权利要求1或2所述的磁性碳基复合材料，其特征在于，所述金属成分为Co金属单质和CoFe合金。4.一种磁性碳基复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1)将580mg的CoCl2·
6H2O溶于蒸馏水中，并加入1.06g的柠檬酸三钠；2)将532mg的钴氰化钾溶于蒸馏水中；3)将步骤2)中的溶液在搅拌的过程中缓慢加入到步骤1)的溶液中，搅拌均匀，静置24h后，离心清洗并干燥收集；4)取一定质量的步骤3)中的前驱体放入100mL的密封瓶中，加入100mL蒸馏水，超声分散；5)将步骤4)中的溶液在连续搅拌的过程中依次加入一定摩尔质量的FeCl2·

【专利技术属性】
技术研发人员：王涛，纵横，曲宏娇，何建平，黄现礼，
申请(专利权)人：江苏中盾特种装备有限公司，
类型：发明
国别省市：