本发明专利技术公开了一种中空纳米笼@微纳米线异质结构材料及其在双频段电磁波吸收中的应用，通过特殊MOF前驱体的结构设计，利用一维微纳线与中空纳米笼两种结构的相互搭配，充分发挥了MOF材料组分微观结构可控、杂原子掺杂的优势，通过后续的高温热解，实现了介电损耗和磁损耗之间的协同，同时达到了良好的阻抗匹配，进而获得优异的双频段电磁波衰减能力。本发明专利技术的制备方法工艺易操作、绿色环保无污染、成本低廉，具有广泛的应用前景。具有广泛的应用前景。
【技术实现步骤摘要】
一种中空纳米笼@微纳米线异质结构材料及其在双频段电磁波吸收中的应用
[0001]本专利技术涉及微纳米复合结构材料调控制备技术和双频段电磁波吸收功能材料
，具体涉及一种中空纳米笼@微纳米线异质结构材料的制备方法及其双频段电磁波吸收的应用。
技术介绍
[0002]随着信息技术的迅猛发展，空间中各个不同频段的电磁辐射和干扰不可避免地加剧，引起了人们的广泛关注。因此，迫切需要探索高效的电磁波吸收材料，将不需要的电磁能量分解成其他形式，避免二次电磁污染，高性能要求的电磁波(EMW)吸收材料需要满足合适的阻抗匹配条件和较强的衰减特性。考虑到要实现多频段的电磁波吸收，合理设计微波吸收材料的组成和纳米结构成为将电磁能量转换过程中的多种衰减机理综合应用的关键。然而，合理构建具有协同损耗机制的特殊异质结构来优化双频段电磁吸收性能仍是一个巨大的挑战。
[0003]金属有机骨架(MOFs)衍生物是一种新型的电磁波吸收功能材料。其可定制的微观结构、可控的成分、高孔隙率和多功能化为构建优异的电磁波吸收材料提供了巨大的优势。首先，MOF的微观结构和组分的可定制化，以调节电磁参数并加速耗散，特别是空心结构、蛋黄壳结构、分层多孔结构等的微结构，进一步优化了阻抗匹配和多次反射，加剧了电磁波能量的损耗。其次，自模板热解方法可制造具有介电
‑
磁多重损耗能力的电磁波吸收材料。第三，MOF衍生材料的分层多孔结构提供了轻质性、优异的阻抗匹配性能以及多种反射。
技术实现思路
[0004]本专利技术的目的在于提供一种中空纳米笼@微纳米线异质结构材料的制备方法及其双频段电磁波吸收的应用。本专利技术以特定结构的目标MOF为模板合成的中空纳米笼@微纳米线异质结构材料，由于微纳米线表面负载中空纳米笼，会优化整体材料的阻抗匹配，多孔碳基体与内部分布的钴纳米颗粒结合会带来优异的介电
‑
磁协同效应，这将有利于更宽的吸收带宽和更强的反射损耗，以适用于双频段下的电磁波吸收。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0006]一种中空纳米笼@微纳米线异质结构材料的制备方法，包括以下步骤：
[0007](1)将1,3,5
‑
苯三甲酸溶于去离子水中形成溶液A；将四水乙酸钴溶于去离子水中形成溶液B；将溶液B加入到溶液A中，然后置于油浴锅中搅拌反应，所得产物经离心洗涤干燥，得到Co
‑
BTC微纳米线粉体；
[0008](2)将2
‑
甲基咪唑和所述Co
‑
BTC微纳米线粉体均匀分散于甲醇中形成溶液C；将六水硝酸钴溶于甲醇中形成溶液D；将溶液D加入到溶液C中反应，所得产物经离心洗涤干燥，得到实心纳米颗粒@微纳米线结构材料；
[0009](3)将所述实心纳米颗粒@微纳米线结构材料和2,5
‑
二羟基对苯二甲酸均匀分散
于N,N
‑
二甲基甲酰胺中，所得混合溶液转移到高压反应釜中反应，随后离心洗涤干燥，得到中空纳米笼@微纳米线前驱体材料；
[0010](4)将所述中空纳米笼@微纳米线前驱体材料高温热解，即得到中空纳米笼@微纳线异质结构材料。
[0011]优选地：步骤(1)中，在溶液A与溶液B的混合液中，1,3,5
‑
苯三甲酸的浓度为10
‑
50mmol/L，四水乙酸钴的溶度为2
‑
25mmol/L，溶液A与溶液B的体积比为9:1。
[0012]优选地，步骤(1)中，油浴锅中的温度为80
‑
100℃，搅拌反应的时间为1
‑
20min。
[0013]优选地，步骤(2)中：所述溶液C中2
‑
甲基咪唑、Co
‑
BTC微纳米线粉体及甲醇的用量比为0.03
‑
0.3mol：50
‑
300mg：30mL，在溶液C与溶液D的混合液中六水硝酸钴的浓度为20
‑
300mmol/L；所述溶液C与所述溶液D中甲醇的体积比为3:1。
[0014]优选地，步骤(2)中，所述反应的温度为室温、反应时间为15
‑
50min。
[0015]优选地，步骤(3)中，实心纳米颗粒@微纳米线结构材料、2,5
‑
二羟基对苯二甲酸及N,N
‑
二甲基甲酰胺的用量比为50
‑
300mg：0.1
‑
1.25mmol：50mL。
[0016]优选地，步骤(3)中，所述反应是置于90
‑
150℃的烘箱中反应300
‑
700min。
[0017]优选地，步骤(1)、步骤(2)、步骤(3)中，所述洗涤皆是用乙醇洗涤2
‑
4遍，所述干燥皆是置于60
‑
85℃的烘箱中烘干。
[0018]优选地，步骤(4)中，所述高温热解的温度为600
‑
800℃，保温时间2
‑
4h，升温速率为2
‑
5℃/min。
[0019]本专利技术还提供了所述中空纳米笼@微纳米线异质结构材料的用途，其适用于2GHz
‑
18GHz和26.5GHz
‑
40 GHz双频段下的电磁波吸收。
[0020]与现有技术相比，本专利技术的有益效果体现在：
[0021]1、本专利技术制备的中空纳米笼@微纳米线异质结构材料，通过特殊MOF前驱体的结构设计，利用一维微纳米线与中空纳米笼两种结构的相互搭配，充分发挥了MOF材料组分微观结构可控、杂原子掺杂的优势，通过后续的高温热解，特别是实现良好的阻抗匹配，达到了介电损耗和磁损耗之间的协同，获得优异的双频段电磁波衰减能力。
[0022]2、本专利技术制备的中空纳米笼@微纳米线异质结构材料应用于双频段下的电磁波吸收，中空纳米笼覆盖于一维微纳米线表面，可以显著改善整体材料的阻抗匹配，使得更宽频段的电磁波可以进入材料内，进而被损耗；整体的一维多孔碳结构提升了材料互相搭叠的概率，提升了整体的传导损耗；材料具有丰富的异质界面，包括中空纳米笼
‑
微纳米线、多孔碳
‑
钴纳米颗粒，提供了丰富的极化损耗和偶极极化；整体的一维多孔碳结构与内部弥散分布的钴纳米颗粒，不仅可以形成介电
‑
磁协同效应，弥散分布的钴纳米颗粒还可以产生多重的磁损耗，使得材料具有在双频段的电磁波吸收中展现出优异的衰减特性。
[0023]3、本专利技术进一步丰富了MOF材料的微观结构库，扩展了MOF衍生异质结构材料的应用领域，通过设计MOF前驱体的结构，便可通过后续热解策略得到独特结构的MOF衍生的碳基复合材料。利用MOF材料可实现组分微观结构可控、杂原子掺杂的优势，使其在电磁波吸收、分离、催化、储能等领域具有更大的实际利用价值。
[0024]4、本专利技术的本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种中空纳米笼@微纳米线异质结构材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将1,3,5
‑
苯三甲酸溶于去离子水中形成溶液A；将四水乙酸钴溶于去离子水中形成溶液B；将溶液B加入到溶液A中，然后置于油浴锅中搅拌反应，所得产物经离心洗涤干燥，得到Co
‑
BTC微纳米线粉体；(2)将2
‑
甲基咪唑和所述Co
‑
BTC微纳米线粉体均匀分散于甲醇中形成溶液C；将六水硝酸钴溶于甲醇中形成溶液D；将溶液D加入到溶液C中反应，所得产物经离心洗涤干燥，得到实心纳米颗粒@微纳米线结构材料；(3)将所述实心纳米颗粒@微纳米线结构材料和2,5
‑
二羟基对苯二甲酸均匀分散于N,N
‑
二甲基甲酰胺中，所得混合溶液转移到高压反应釜中反应，随后离心洗涤干燥，得到中空纳米笼@微纳米线前驱体材料；(4)将所述中空纳米笼@微纳米线前驱体材料高温热解，即得到中空纳米笼@微纳米线异质结构材料。2.根据权利要求1所述的中空纳米笼@微纳米线异质结构材料的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，在溶液A与溶液B的混合液中，1,3,5
‑
苯三甲酸的浓度为10
‑
50mmol/L，四水乙酸钴的溶度为2
‑
25mmol/L，溶液A与溶液B的体积比为9:1。3.根据权利要求1所述的中空纳米笼@微纳米线异质结构材料的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，油浴锅中的温度为80
‑
100℃，搅拌反应的时间为1
‑
20min。4.根据权利要求1所述的中空纳米笼@微纳米线异质结构材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)中：所述溶液C中2
‑
甲基咪唑、Co
‑
【专利技术属性】
技术研发人员：吴玉程，张哲，崔接武，刘家琴，张勇，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。