【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于非金属元素碳材料和电磁波吸收材料领域，具体是一种具有人工制造的完全阻抗匹配天然捕获网的碳碗的制备。
技术介绍
1、5g智能时代的快速发展推动了电磁波在雷达探测、消费电子、人工智能微型设备等领域的发展和应用，同时也产生了大量的电磁波污染问题，甚至严重威胁到了人们的身体健康和国防安全。因此，迫切需要开发性能优异的电磁波吸收材料。优秀的电磁波吸收材料应具有反射损耗高、有效吸收带宽宽、厚度薄、重量轻以及能够适应实际应用环境等综合特性。碳材料因具有质轻、导电性优和耐环境稳定性好等优势而被广泛研究和应用。
2、尽管碳材料的研究和应用在电磁波吸收领域已经取得了很大进展，但仍有一些问题需要解决，如极高的电导率、单一的损耗机制和较差的阻抗匹配性能等，这些问题限制了吸波碳材料的应用和发展。在目前的研究中，形貌工程是调整碳材料电磁参数的有效策略。到目前为止，已经开发出各种形貌的碳质吸收材料，如中空结构、核/卵黄壳结构和多孔结构，以实现卓越的微波吸收能力。其中，独特的空心碗状结构被广泛应用于催化、储能、污染物捕捉和药物传递等领域。
3、与传统的空心球形粒子相比，空心碗状碳材料具有较低的对称性和疏松结构。此外，碳碗中的空气层与自由空间具有完全阻抗匹配性能。这些都使碳碗具有非常优异的电磁波吸收性能。然而目前，具有优异吸波性能的空心碗状结构碳材料的制备仍然具有挑战性。文献[chemistry of materials 2021, 33, 1789-1798]以空心碗状磺化聚苯乙烯微球为模板，以2-甲基咪唑、甲醇和钴盐为原
4、综上，一方面，目前制备碗状吸波碳材料的研究鲜有报道，即使成功合成的碗状纳米颗粒也主要是金属或金属氧化物的，难以大批量生产且在实际应用中因稳定性差等问题而受到阻碍。制备碗状吸波碳材料的难度主要在于合成弱对称性的小尺度材料难以控制，所以研究具有碗状结构的单碳材料对吸波材料的发展具有重要作用。另一方面，目前基于碗状结构对电磁波吸收性能的增强作用并不明显，难以满足优秀电磁波吸收材料应具备“薄、轻、宽、强”的要求。
技术实现思路
1、为了解决目前难以制备碗状优异吸波碳材料的技术问题，本专利技术提供了一种具有人工制造的完全阻抗匹配天然捕获网的碳碗的精简制备工艺。该工艺操作简单、条件温和、成本低廉且易于实现工业化大批量生产。此外，该工艺制备的多孔空心碳碗具有可调节的介电参数和电磁波吸收性能。
2、本专利技术是通过以下技术方案实现的：一种具有人工制造的完全阻抗匹配天然捕获网的碳碗的精简制备工艺，包括以下步骤：
3、① 配制醇、水和催化剂的ph=7~14的混合溶液；
4、② 将模板剂加入到步骤①配制的混合溶液中，5~50℃下搅拌5~240min，获得均匀的混合体系；
5、③ 向步骤②的均匀混合体系中加入酚类和醛类物质，搅拌4~48h后离心分离，获得的沉淀物在40~60℃烘干，得到sio2@sio2/酚醛树脂微球；
6、④ 将步骤③得到的sio2@sio2/酚醛树脂微球在一定气氛中一定温度下煅烧处理一定时间，得到sio2@sio2/c碳球；
7、⑤ 将步骤④得到的sio2@sio2/c碳球置于20~80℃的刻蚀溶液中刻蚀以去除sio2；在刻蚀过程中，碳壳受到壳内气体以及壳外液体的双重作用；壳外液体中的刻蚀离子通过毛细孔或者通过将碳壳中嵌入的sio2刻蚀后形成的介孔进入到碳球内部并对sio2核进行刻蚀，刻蚀后外部溶液不能及时进入到球内部，因此内压降低，形成压差δp；当压差δp大于碳壳所能承受的强度时，碳壳逐渐向内凹陷，当刻蚀完成时演变成碗状结构；洗涤、抽滤和干燥，则得到一种具有人工制造的完全阻抗匹配天然捕获网的碳碗。
8、作为本专利技术技术方案的进一步改进，步骤①中，所述醇为乙醇、甲醇、乙二醇中的一种或两种以上的混合物；所述醇与水的体积比为2~8：1；所述催化剂为naoh、koh、nh3•h2o中的一种或两种以上的混合物。
9、作为本专利技术技术方案的进一步改进，步骤②中，所述模板剂为硅酸四乙酯、硅酸四丙酯中的一种或两种的混合物；所述模板剂与醇水的体积比为1~3：40。
10、作为本专利技术技术方案的进一步改进，步骤③中，所述酚类物质为间苯二酚、间苯三酚、3-氨基苯酚、苯酚中的一种或两种以上的混合物；所述醛类物质为甲醛、乙醛中的一种或两种的混合物；所述酚类物质和醛类物质的摩尔比为1：2。
11、作为本专利技术技术方案的进一步改进，步骤④中，所述煅烧处理的温度为400~700℃，煅烧处理的时间为0.5~2h；所述气氛为氩气、氮气、氨气、氢气中的一种或两种以上的混合物。
12、作为本专利技术技术方案的进一步改进，所述碳碗的比表面积为685.43~814.94m2g-1，孔径为9.21~9.82nm，总孔隙体积为1.41~1.62cm3g-1；缺陷程度为1.91~2.54；氧含量为6.77~20.36at.%。
13、作为本专利技术技术方案的进一步改进，所述碳碗的最大阻抗匹配带宽高达7.54ghz，比相应无人工制造的完全阻抗匹配天然捕获网的碳球能够提高1.68倍。
14、作为本专利技术技术方案的进一步改进，所述碳碗的最小反射损耗能够达到-64.38db，最大有效吸收带宽能够达到7.24ghz。
15、与现有技术相比，本专利技术具有如下所述优越性：
16、1）本专利技术通过简单的工艺就能够制备得到粒径均匀、形貌稳定的具有人工制造的完全阻抗匹配天然捕获网的碳碗。相关工艺设备简单，生产成本低，便于大规模工业生产。
17、2）本专利技术为轻质宽频吸波碳材料的研究提供了全新的思路，制备的碳碗的电磁波吸收性能满足“薄、轻、宽、强”的要求。得到的具有人工制造的完全阻抗匹配天然捕获网的碳碗的最大阻抗匹配带宽高达7.54ghz，比相应无人工制造的完全阻抗匹配天然捕获网的碳球能够提高1.68倍；最小反射损耗能够达到-64.38db，最大有效吸收带宽能够达到7.24ghz。
18、3）本专利技术得到的具有人工制本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种具有人工制造的完全阻抗匹配天然捕获网的碳碗的精简制备工艺，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种具有人工制造的完全阻抗匹配天然捕获网的碳碗的精简制备工艺，特征在于，步骤①中，所述醇为乙醇、甲醇、乙二醇中的一种或两种以上的混合物；所述醇与水的体积比为2~8：1；所述催化剂为NaOH、KOH、NH3•H2O中的一种或两种以上的混合物。
3.根据权利要求1所述的一种具有人工制造的完全阻抗匹配天然捕获网的碳碗的精简制备工艺，特征在于，步骤②中，所述模板剂为硅酸四乙酯、硅酸四丙酯中的一种或两种的混合物；所述模板剂与醇水的体积比为1~3：40。
4.根据权利要求1所述的一种具有人工制造的完全阻抗匹配天然捕获网的碳碗的精简制备工艺，特征在于，步骤③中，所述酚类物质为间苯二酚、间苯三酚、3-氨基苯酚、苯酚中的一种或两种以上的混合物；所述醛类物质为甲醛、乙醛中的一种或两种的混合物；所述酚类物质和醛类物质的摩尔比为1：2。
5.根据权利要求1所述的一种具有人工制造的完全阻抗匹配天然捕获网的碳碗的精简制备工艺，特征在于，步骤④中，所述煅烧处
6. 根据权利要求1至5任一项权利要求所述一种具有人工制造的完全阻抗匹配天然捕获网的碳碗的精简制备工艺，特征在于，所述碳碗的比表面积为685.43~814.94m2g-1，孔径为9.21~9.82nm，总孔隙体积为1.41~1.62cm3g-1；缺陷程度为1.91~2.54；氧含量为6.77~20.36 at.%。
7. 根据权利要求1至5任一项权利要求所述一种具有人工制造的完全阻抗匹配天然捕获网的碳碗的精简制备工艺，特征在于，所述碳碗的最大阻抗匹配带宽高达7.54 GHz，比相应无人工制造的完全阻抗匹配天然捕获网的碳球能够提高1.68倍。
8. 根据权利要求1至5任一项权利要求所述一种具有人工制造的完全阻抗匹配天然捕获网的碳碗的精简制备工艺，特征在于，所述碳碗的最小反射损耗能够达到-64.38dB，最大有效吸收带宽能够达到7.24 GHz。
...【技术特征摘要】
1.一种具有人工制造的完全阻抗匹配天然捕获网的碳碗的精简制备工艺，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种具有人工制造的完全阻抗匹配天然捕获网的碳碗的精简制备工艺，特征在于，步骤①中，所述醇为乙醇、甲醇、乙二醇中的一种或两种以上的混合物；所述醇与水的体积比为2~8：1；所述催化剂为naoh、koh、nh3•h2o中的一种或两种以上的混合物。
3.根据权利要求1所述的一种具有人工制造的完全阻抗匹配天然捕获网的碳碗的精简制备工艺，特征在于，步骤②中，所述模板剂为硅酸四乙酯、硅酸四丙酯中的一种或两种的混合物；所述模板剂与醇水的体积比为1~3：40。
4.根据权利要求1所述的一种具有人工制造的完全阻抗匹配天然捕获网的碳碗的精简制备工艺，特征在于，步骤③中，所述酚类物质为间苯二酚、间苯三酚、3-氨基苯酚、苯酚中的一种或两种以上的混合物；所述醛类物质为甲醛、乙醛中的一种或两种的混合物；所述酚类物质和醛类物质的摩尔比为1：2。
5.根据权利要求1所述的一种具有人工制造的完全阻抗匹配天然捕获网的碳碗的精...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘亚青，吴聪雅，武朝阳，韩冠宇，赵贵哲，
申请(专利权)人：中北大学，
类型：发明
国别省市：
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