【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及电磁吸波材料，尤其涉及一种激光热化学煅烧电磁吸波剂及其制备方法和应用。
技术介绍
1、随着物联网新时代的到来，无线通信技术有望朝着多频段、多领域应用的方向发展。例如，目前定义的第六代(6g)通信信号标准将使用太赫兹(thz)更高的频段，这必然与目前在千兆赫(ghz)低频下的通信方式相结合。
2、金属有机框架材料(mof)是由金属离子与有机配体通过配位键合而成的一种新型多功能材料。由于mof具有比表面积大、孔隙率高等特殊性能，在催化、气体分离、吸附等方面得到了广泛的应用。经过碳化后，mof中的有机配体或被碳化为多孔的碳基组分，而金属离子则能够进一步被还原为金属氧化物、金属纳米颗粒或其他组分。通过在mof中引入多种金属离子，纳米合金可以进一步还原。因此，碳化后的多元金属-有机框架衍生物有效克服了单组分材料损耗机制的不足，优化了匹配条件下吸收体的阻抗。
3、碳化mofs衍生物具有密度低、机械强度高、稳定性高等优点，有利于降低吸收剂的密度。碳基mofs衍生物具有较高的电子导电性，使得其在太赫兹波段具有较强的电阻损耗和较高的电磁屏蔽性能。
4、mofs衍生的碳基复合材料作为电磁吸波剂被大量研究。例如，南京航空航天大学的姬广斌教授利用铁基mofs制备的fe3o4@carbon复合材料吸波剂，在厚度仅为1.4mm的时，有效吸收带宽达到4ghz，其中最低的反射损耗到-30.48db。复旦大学的车仁超教授制备了独特的mofs衍生的蛋黄壳状的ni@c@zno复合材料，匹配厚度为2.5mm时最低反射损
5、因此，开发一种多波段电磁波吸收和屏蔽材料来应对上述情况并解决现有技术存在的问题是十分必要的。
技术实现思路
1、有鉴于现有技术的上述缺陷，在本专利技术的第一方面，提供了一种工艺简单便捷、适于大规模生产的电磁吸波剂的制备方法，包括如下步骤：
2、(1)将铁源、钴源、镍源与溶剂混合，得到铁钴镍混合液；将对苯二甲酸与溶剂混合，得到对苯二甲酸溶液；将铁钴镍混合液和对苯二甲酸溶液混合并进行反应，反应结束后分离粗产物，经纯化得到多元金属有机框架材料前驱体，备用；
3、(2)空气氛围中，采用激光对所得多元金属有机框架材料前驱体进行热化学煅烧处理，得到电磁吸波剂。
4、优选的，所述步骤(1)中，所述铁源、钴源、镍源的类型包括金属盐及其水合物；其中，铁盐包括醋酸铁、硝酸铁、氯化铁中的一种；钴盐包括醋酸钴、硝酸钴、氯化钴中的一种；镍盐包括醋酸镍、硝酸镍、氯化镍中的一种。
5、铁、钴、镍源采用的金属盐类型一致时，原料的统一性和可控性更佳。进一步优选的，所述铁盐、钴盐、镍盐的阴离子类型保持一致。
6、本专利技术中溶剂作为原料的分散介质用于促进原料分散及反应顺利进行，其选择是多样的，可根据原料类型选择本领域合适的种类，其中酰胺类溶剂是特别合适的类型。为达到更佳的工艺效果，优选的，所述步骤(1)中，所述溶剂包括n,n-二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、二甲基丙酰胺、二乙基甲酰胺、二乙基乙酰胺中的一种。
7、优选的，所述步骤(1)中，所述铁钴镍混合液中铁源、钴源、镍源的浓度各自独立的为0.01～0.20mmol/ml
8、优选的，所述步骤(1)中，所述对苯二甲酸溶液的浓度为0.2～1.0mmol/ml。
9、优选的，所述步骤(1)中，所述反应的温度为40～80℃，反应时间为8～16h。
10、激光加工的功率可根据铁钴镍源的类型进行调整，如采用乙酸盐，功率为4.5w时(或采用硝酸盐，功率为6.0w；亦或采用氯化盐，功率为7.5w)，材料将达到低频波段最优的阻抗匹配，实现最优的吸波效果。较高的能量会增强材料的电导率与材料的分散性，影响材料介电参数与磁导率的平衡。优选的，所述步骤(2)中，所述热化学煅烧处理的激光功率为4.5～9.0w，激光脉冲持续时间为270fs～80ns，工作波长为780～1064nm，工作频率为10～50khz。
11、本专利技术制备方法中，以对苯二甲酸作为多元金属有机框架的配体，与铁源、钴源、镍源反应得到多元金属有机框架材料前驱体。随后在激光处理的条件下，多元金属有机框架材料在高温中发生碳化，配体形成多层石墨烯。而内部的配位金属离子则通过激光发生热还原，还原为多元纳米合金，并被包覆在石墨烯内，避免金属纳米颗粒的氧化。采用激光热化学煅烧的方式，通过激光参数的调整，可以有效调节材料的电导率，从而有效优化材料的介电损耗性能。同样的，激光参数的调整也同样可以控制磁性纳米合金的粒径大小与分散度情况，因而可以有效调节材料磁损耗能力。
12、在本专利技术的第二方面，提供了一种电磁波吸收能力优异、适用性广的电磁吸波剂，采用本专利技术第一方面提供的方法制备而成，电磁吸波剂包括层状结构的多孔石墨烯及由铁、钴、镍形成的呈颗粒状的磁性纳米合金，磁性纳米合金均匀分布并包覆于多孔石墨烯之中。
13、多层石墨烯在保证了吸波剂高电导性能的同时还可增强吸波剂内部的介质损耗，从而提升材料的吸波性能。优选的，所述电磁吸波剂中，所述多孔石墨烯的层数分布为3～7层。
14、磁性纳米颗粒极小的粒径和较大分散性的优势可使得材料能够实现低频率波段吸收的匹配。优选的，所述电磁吸波剂中，所述磁性纳米合金的粒径分布为3～100nm。
15、激光通过热化学煅烧的方式诱导mof有机配体碳化为多层石墨烯，并使金属离子还原为磁性纳米合金。经过激光处理后，材料表面形成多孔结构，这使得其具有较高的比表面积，提高了界面极化能力，增加了电磁波在材料内部多次反射和吸收次数，并且使得电磁波吸收剂具备优异的吸波性能同时也降低了复合材料的密度。石墨烯和磁性纳米合金之间形成复杂界面，增强了界面极化，进而提高了材料极化损耗能力；并且通过激光参数的调节，可以实现材料介电常数和磁导率的阻抗匹配，实现更优的电磁吸收性能。
16、在本专利技术的第三方面，提供本专利技术第二方面的电磁吸波剂的应用，具体为将其作为电磁吸波材料在吸收、屏蔽电磁波中的应用。
17、与现有技术相比，本专利技术具有以下优点和有益效果：
18、本专利技术提供了一种电磁吸波剂的制备方法，采用激光热化学煅烧工艺，流程简单便捷、成本较低，适用于工业化大规模生产。
19、本专利技术提供了一种电磁吸波剂，具备优异的吸波性能，该材料能够实现低频段微波的吸收匹配；其导电性高，在太赫兹(本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种电磁吸波剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤(1)中，所述铁源、钴源、镍源的类型包括金属盐及其水合物；其中，铁盐包括醋酸铁、硝酸铁、氯化铁中的一种；钴盐包括醋酸钴、硝酸钴、氯化钴中的一种；镍盐包括醋酸镍、硝酸镍、氯化镍中的一种。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述铁盐、钴盐、镍盐的阴离子类型保持一致。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述铁钴镍混合液中铁源、钴源、镍源的浓度各自独立的为0.01～0.20mmol/mL；所述对苯二甲酸溶液的浓度为0.2～1.0mmol/mL。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤(1)中，所述反应的温度为40～80℃，反应时间为8～16h。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤(2)中，所述热化学煅烧处理的激光功率为4.5～9.0W，激光脉冲持续时间为270fs～80ns，工作波长为780～1064nm，工作频率为10～50kHz。
7.一种电磁吸波剂，其特征在于：
8.根据权利要求7所述的电磁吸波剂，其特征在于：所述多孔石墨烯的层数分布为3～7层。
9.根据权利要求7所述的电磁吸波剂，其特征在于：所述磁性纳米合金的粒径分布为3～100nm。
10.一种如权利要求7～9任一项所述的电磁吸波剂的应用，其特征在于：将电磁吸波剂作为电磁吸波材料在吸收、屏蔽电磁波中的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种电磁吸波剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤(1)中，所述铁源、钴源、镍源的类型包括金属盐及其水合物；其中，铁盐包括醋酸铁、硝酸铁、氯化铁中的一种；钴盐包括醋酸钴、硝酸钴、氯化钴中的一种；镍盐包括醋酸镍、硝酸镍、氯化镍中的一种。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述铁盐、钴盐、镍盐的阴离子类型保持一致。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述铁钴镍混合液中铁源、钴源、镍源的浓度各自独立的为0.01～0.20mmol/ml；所述对苯二甲酸溶液的浓度为0.2～1.0mmol/ml。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤(1)中，所述反应的温度为40～80℃，反应时间为8～16h。
6.根据权利...
【专利技术属性】
技术研发人员：程佳瑞，张士琢，刘锋，李耘凡，王帅，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：
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