一种具有石墨化梯度中空碳/钴微球吸波材料的制备方法及在吸波材料中应用技术

一种具有石墨化梯度中空碳/钴微球吸波材料的制备方法及在吸波材料中应用，本发明专利技术涉及电磁波吸收材料技术领域。本发明专利技术的目的是要解决现有方法制备的中空碳微球步骤繁琐以及阻抗不匹配，制备成本高且对环境有害，限制其应用的问题。方法：本发明专利技术在吸附钴离子的甲醛

【技术实现步骤摘要】
一种具有石墨化梯度中空碳/钴微球吸波材料的制备方法及在吸波材料中应用


[0001]本专利技术涉及电磁波吸收材料
，具体涉及一种具有石墨化梯度中空碳/钴微球吸波材料的制备方法及在吸波材料中应用。

技术介绍

[0002]无线通讯技术的迅猛发展使得各类高集成和高功率的电子设备的数量急剧增加，导致电磁干扰和电磁污染问题日益突出。电磁波吸收材料作为一种可以与电场或磁场分支相互作用的特性功能介质，在军事隐身和电磁兼容领域具有广泛的应用。在众多的电磁波吸收材料中(如磁性金属/铁氧体、金属氧化物/硫化物、导电聚合物等)，碳材料由于可调的介电特性，低密度，高的化学稳定性以及可设计微观结构，一直被认为是高性能电磁波吸收材料的候选材料。然而，研究发现，具有高石墨化度碳材料(例如，石墨烯、碳纳米管和石墨等)由于其超高介电值往往会导致阻抗匹配性差，从而导致电磁波吸收效果不佳。对于具有中等/低石墨化度碳材料虽然具有良好的阻抗匹配特性，但由于弱的电磁损耗强度也很难实现有效的宽频带电磁吸收。目前，大量的研究成果已经表明通过结构设计策略对碳材料的电磁参数进行优化可以提升材料整体的阻抗匹配特性和衰减特性，这已经成为了解决问题的新方案，并受到了研究者们的广泛关注。中空多孔结构具有大的比表面积和孔体积以及特殊的空腔结构能够明显的优化阻抗匹配特性和提高电磁波衰减能力，但是制备这些中空多孔结构大多依赖于步骤繁琐的模板法，这些过程会耗费大量的成本且对环境有害，限制了进一步广泛使用。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的是要解决现有方法制备的中空碳微球步骤繁琐以及阻抗不匹配，制备成本高且对环境有害，限制其应用的问题，而提供一种具有石墨化梯度中空碳/钴微球吸波材料的制备方法及在吸波材料中应用。
[0004]本专利技术在吸附钴离子的甲醛
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三聚氰胺树脂球表面依次包覆聚多巴胺和酚醛树脂层，通过一步热解过程，得到了具有石墨化程度差异的中空双壳层碳/钴微球复合材料。
[0005]一种具有石墨化梯度中空碳/钴微球吸波材料的制备方法，具体按以下步骤进行：
[0006]一、将三聚氰胺加入到甲醛溶液中，搅拌，得到透明溶液；将透明溶液分散到含有聚乙烯醇的去离子水中，再加入冰乙酸，得到混合溶液；混合溶液聚合一段时间后进行离心，洗涤，干燥，得到白色产物；
[0007]二、将步骤一获得的白色产物分散到含有乙酸钴的无水乙醇中，超声处理，然后将得到的混合物转移到高温高压反应器中进行水热反应，最后进行离心，洗涤，干燥，获得中间产物；
[0008]三、将步骤二获得的中间产物分散到tris缓冲溶液中，超声处理，然后加入多巴胺，在室温下搅拌反应，最后进行离心，洗涤，干燥，获得褐色产物；
[0009]四、将步骤三获得的褐色产物分散到含有无水乙醇和去离子水的混合溶液中，超声处理，加入氨水，然后加入间苯二酚，搅拌溶解，再加入甲醛溶液，在室温搅拌反应，最后进行离心，洗涤，干燥，获得深褐色产物；
[0010]五、将步骤四获得的深褐色产物放入磁舟中，然后转移到管式炉，再在Ar和H2的混合气氛下进行高温煅烧，获得黑色产物，即为具有石墨化梯度中空碳/钴微球吸波材料。
[0011]本专利技术提供的方法所形成的具有石墨化梯度中空碳/钴微球吸波材料，主要是依靠热解过程中，含有金属钴离子的甲醛
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三聚氰胺树脂球逐渐分解形成气态小分子与内层包覆的聚多巴胺层融合从而形成内层具有较高石墨化度的中空碳球；同时，外层包覆的酚醛树脂层也相应的转化为具有低的电导率的无定形碳层，抑制了内层具有高石墨化度的中空碳球的趋肤的电流，显著提升了复合材料的阻抗匹配特性。
[0012]本专利技术制备的具有石墨化梯度中空碳/钴微球吸波材料可用于电磁波吸收体中，吸收体包括具有石墨化梯度中空碳/钴微球吸波材料和石蜡，具有石墨化梯度中空碳/钴微球吸波材料在吸收体中的质量百分数可以根据实际需求进行调节。
[0013]优选的，所述的具有石墨化梯度中空碳/钴微球吸波材料在吸收体中的质量分数为30％，在该填料比下，反射损耗强度小于
‑
10dB的频率范围为4.0
‑
18.0GHz。
[0014]本专利技术的有益效果是：
[0015](1)、本专利技术制备的具有石墨化梯度中空碳/钴微球吸波材料中，有效避免因使用模板造成环境污染和高昂成本的问题，而且制备的复合材料具有较好的分散性；
[0016](2)、本专利技术制备的具有石墨化梯度中空碳/钴微球吸波材料中，外层的具有低石墨化度的无定形碳层，具有低的电导率，显著改善了复合材料的阻抗匹配特性；
[0017](3)、吸波性能优异，有效吸收带宽大，制备得到的吸收体厚度薄、质量轻，吸收强度高，在通讯
中的电磁波吸收、防止电磁泄漏、高精端仪器的电磁防护等方面具有广泛的应用前景；
[0018]本专利技术制备得到的具有石墨化梯度中空碳/钴微球吸波材料呈现规则的球形结构，具有良好的分散性，且阻抗匹配特性优异，最大反射损耗能达到
‑
66.7dB；在吸收体厚度为1.8mm时，其中反射损耗小于
‑
10dB的带宽能达到约5.1GHz，范围为12.9～18.0GHz。
[0019]综上，本专利技术制备了具有石墨化梯度中空碳/钴微球吸波材料，其具有良好的阻抗匹配特性；通过巧妙的设计获得的这种具有石墨化梯度中空碳/钴微球吸波材料不仅有效避免因使用模板造成环境污染和高昂成本的问题，而且制备的复合材料外层包覆的具有低石墨化度的无定形碳层能够抑制了内层具有高石墨化度的中空碳球的趋肤的电流，显著提升了复合材料的阻抗匹配特性，在电磁吸收领域具有广阔的应用前景。
[0020]本专利技术制备的材料用于制作轻质高效的吸波涂层。
附图说明
[0021]图1为实施例一制备的具有石墨化梯度中空碳/钴微球吸波材料的扫描电镜图片；
[0022]图2为实施例一制备的具有石墨化梯度中空碳/钴微球吸波材料的透射电镜图片；
[0023]图3为实施例一制备的具有石墨化梯度中空碳/钴微球吸波材料及对比样品的XRD图，图中曲线a为对比样品的XRD；曲线b为具有石墨化梯度中空碳/钴微球吸波材料的XRD；
[0024]图4为实施例一制备的具有石墨化梯度中空碳/钴微球吸波材料及对比样品的
Raman谱图，图中曲线a为对比样品的Raman谱图；曲线b为具有石墨化梯度中空碳/钴微球吸波材料的Raman谱图；
[0025]图5为实施例一制备的具有石墨化梯度中空碳/钴微球吸波材料及对比样品的介电常数实部曲线图，图中曲线a为对比样品的介电常数实部曲线；曲线b为具有石墨化梯度中空碳/钴微球吸波材料的介电常数实部曲线；
[0026]图6为实施例一制备的具有石墨化梯度中空碳/钴微球吸波材料及对比样品的介电常数虚部曲线图，图中曲线a为对比样品的介电常数虚部曲线；曲线b为具有石墨化梯度中空碳/钴微球吸波材料的介电常数虚部曲线；
[0027]图7为实施本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有石墨化梯度中空碳/钴微球吸波材料的制备方法，其特征在于该方法具体按以下步骤进行：一、将三聚氰胺加入到甲醛溶液中，搅拌，得到透明溶液；将透明溶液分散到含有聚乙烯醇的去离子水中，再加入冰乙酸，得到混合溶液；混合溶液聚合一段时间后进行离心，洗涤，干燥，得到白色产物；二、将步骤一获得的白色产物分散到含有乙酸钴的无水乙醇中，超声处理，然后将得到的混合物转移到高温高压反应器中进行水热反应，最后进行离心，洗涤，干燥，获得中间产物；三、将步骤二获得的中间产物分散到tris缓冲溶液中，超声处理，然后加入多巴胺，在室温下搅拌反应，最后进行离心，洗涤，干燥，获得褐色产物；四、将步骤三获得的褐色产物分散到含有无水乙醇和去离子水的混合溶液中，超声处理，加入氨水，然后加入间苯二酚，搅拌溶解，再加入甲醛溶液，在室温搅拌反应，最后进行离心，洗涤，干燥，获得深褐色产物；五、将步骤四获得的深褐色产物放入磁舟中，然后转移到管式炉，再在Ar和H2的混合气氛下进行高温煅烧，获得黑色产物，即为具有石墨化梯度中空碳/钴微球吸波材料。2.根据权利要求1所述的一种具有石墨化梯度中空碳/钴微球吸波材料的制备方法，其特征在于步骤一中将三聚氰胺加入到甲醛溶液中，在50℃～70℃下搅拌10min～30min，得到透明溶液；步骤一中所述的三聚氰胺的质量与甲醛溶液的体积比为(2.5g～3g):(5mL～6mL)；步骤一中所述的甲醛溶液的质量分数为37％～40％；步骤一中所述的含有聚乙烯醇的去离子水的制备方法为：将聚乙烯醇加入到去离子水中，在80℃～90℃下搅拌100min～120min，得到含有聚乙烯醇的去离子水；所述的含有聚乙烯醇的去离子水中聚乙烯醇的质量与去离子水的体积比为(0.5g～0.7g):(85mL～95mL)。3.根据权利要求1所述的一种具有石墨化梯度中空碳/钴微球吸波材料的制备方法，其特征在于步骤一中所述的甲醛溶液、含有聚乙烯醇的去离子水、冰乙酸的体积比为(5mL～6mL):(85mL～95mL):(1.5mL～2.5mL)；步骤一中混合溶液聚合的时间为5min～8min。4.根据权利要求1所述的一种具有石墨化梯度中空碳/钴微球吸波材料的制备方法，其特征在于步骤二中所述的含有乙酸钴的无水乙醇中乙酸钴的质量与无水乙醇的体积比为(0.5g～0.8g):(35mL～45mL)；步骤二中所述的含有乙酸钴的无水乙醇与步骤一中所述的甲醛溶液的体积比为(35mL～45mL):(5mL～6mL)。5.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜耘辰，盖莉雪，韩喜江，徐平，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：