【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于电磁波吸收材料，尤其是涉及一种hcnfs@coni一维复合纤维及其制备方法与应用。
技术介绍
1、以5g、人工智能、高端装备、新能源及新材料等新兴产业为代表的科技创新的不断展开，这就需要开发能够适应技术变革的下一代微波吸收材料。相关研究表明碳基材料，如碳纳米纤维，碳纳米管和石墨烯，具有良好的导电性、重量轻、长径比大、比表面积大，已被广泛开发。但纯的碳纳米纤维(cnfs)作为介电损耗材料也存在磁导率低、复介电常数高、阻抗匹配性能差等缺点限制了其实际应用。
2、结构设计和组分调控是优化电磁参数实现高性能微波吸收的有效途径。磁性金属，特别是纳米级或微米级磁性金属具有的小尺寸效应不仅可以优化导电吸收体的阻抗匹配，还可以增强对电磁波(emw)的耗散能力。通过设计和建造异质结构能够在电磁场下诱导界面极化，产生的异质界面可以影响材料的电磁参数进而改善其介电损耗特性。现有研究表明，在cnfs表面涂覆或者原位生长嵌入某些磁性颗粒可以提高其磁损耗性能。然而，这些制备工艺比较复杂不可大批量制备，小尺寸(微米纳米级)磁性金属颗粒在制备过程中容易出现氧化和团聚现象，从而降低了emw的衰减能力。如何可控的构筑异质结构以实现对电磁波的高效吸收仍充满挑战。
3、近年来，静电纺丝技术在电磁波吸收(ma)领域应用广泛。通过均匀的分散静电纺丝前驱体溶液可以有效避免磁性金属纳米颗粒的聚集，是快速大规模组装具有一维纳米纤维结构的三维网络的有效途径。通过这种方法，可以更方便的设计cnfs中分布的各种其他材料及形貌，形成异质纳米结构，从
技术实现思路
1、本专利技术的目的就是为了进一步提高碳纳米纤维/合金材料对电磁波的吸收性能而提供一种hcnfs@coni一维复合纤维及其制备方法与应用。
2、本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：
3、一种hcnfs@coni一维复合纤维，所述复合纤维包括中空碳纳米纤维(hcnfs)壳层和被包覆在中空碳纳米纤维壳层内的钴镍合金(coni)纳米粒子；
4、所述复合纤维的外径为400-500nm，复合纤维的内径为250-350nm。
5、本专利技术还提供一种hcnfs@coni一维复合纤维的制备方法，包括以下步骤：
6、(1)配制壳层前驱体溶液：将前驱体聚合物溶于溶剂中，搅拌得到壳层前驱体溶液；
7、(2)配制芯层前驱体溶液：将钴源，镍源和前驱体模板均匀分散在有机溶剂中，搅拌得到芯层前驱体溶液；
8、(3)静电纺丝：将上述配制的壳层前驱体溶液和芯层前驱体溶液分别装入连接外部通道和内部通道的注射器中，在高压下进行同轴电纺，得到前驱体复合纤维膜；
9、(4)煅烧：将步骤(3)中得到的前驱体复合纤维膜预氧化后高温碳化，得到hcnfs@coni一维复合纤维。
10、进一步地，步骤(1)中，所述前驱体聚合物包括聚丙烯腈、聚酰亚胺、聚乙烯吡咯烷酮或聚苯胺中的一种或多种，优选为聚丙烯腈。
11、进一步地，步骤(1)中，所述溶剂包括n,n-二甲基甲酰胺或二甲基乙酰胺中的一种或多种，优选为n,n-二甲基甲酰胺(dmf)。
12、进一步地，步骤(1)中，所述搅拌的时间为10-14h，优选为12h。
13、进一步地，步骤(1)中，所述搅拌的速率为200-400rpm，优选为300rpm。
14、进一步地，步骤(2)中，所述钴源、镍源和前驱体模板的质量比为1:1:6～1:1:12。
15、更进一步地，所述钴源包括乙酰丙酮钴、乙酸钴、六水合氯化钴或六水合硝酸钴中的一种或多种，优选为乙酰丙酮钴。
16、更进一步地，所述镍源包括乙酰丙酮镍、乙酸镍、六水合氯化镍或六水合硝酸镍中的一种或多种，优选为乙酰丙酮镍。
17、进一步地，步骤(2)中，所述搅拌的时间为10-14h，优选为12h。
18、进一步地，步骤(2)中，所述搅拌的速率为200-400rpm，优选为300rpm。
19、进一步地，步骤(2)中，所述前驱体模板包括pmma(聚甲基丙烯酸甲酯)或san(苯乙烯-丙烯腈共聚物)树脂中的一种或多种，优选为pmma。
20、进一步地，步骤(3)中，所述同轴电纺的电压为16-21kv，同轴电纺在相对湿度低于30％的条件下进行；
21、进一步地，所述外部通道溶液的注入速度为0.8-1.2ml/h，优选为1ml/h。
22、进一步地，所述内部通道溶液的注入速度为0.3-0.5ml/h，优选为0.4ml/h。
23、进一步地，步骤(4)中，所述预氧化的升温速率为1-3℃/min，优选为2℃/min。
24、进一步地，预氧化的温度为270-290℃，优选为280℃。
25、进一步地，预氧化的时间为0.5-2h，优选为1h。
26、进一步地，步骤(4)中，所述碳化的温度为780-820℃，优选为800℃。
27、进一步地，碳化在惰性气体氛围下进行，优选为氩气氛围。
28、进一步地，碳化的时间为0.5-2h，优选为1h。
29、本专利技术还提供一种hcnfs@coni一维复合纤维作为电磁波吸收材料的应用。
30、与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
31、(1)本专利技术利用牺牲模板法在碳纤维中构建空腔并将coni纳米粒子均匀分散在空腔的内部，既保证了中空纤维结构的制备，又承担了将coni纳米粒子包覆在碳纳米纤维中的载体，保护磁性金属免受氧化和团聚。中空的碳纳米纤维内表面与coni纳米粒子之间形成丰富的非均质界面，有效增强了界面极化作用，提高了对电磁波的吸收。
32、(2)本专利技术中碳纳米纤维与平面度的偏差使得碳纳米纤维中π电子从内表面移动到外表面，形成缺电子的内表面和富电子的外表面。由于电子分布的不对称性，与coni纳米粒子和内/外表面形成的界面极化特性也不同，coni纳米粒子被封装在碳纳米纤维内相较分散于碳纳米纤维壳体外表面而言，具有更高的极化损耗。
33、(3)本专利技术制备的复合纤维都具有较长的长径比和比表面积，纤维与纤维之间形成了3d导电网络可以有效帮助电子迁移，导致传导损耗和微波能量的衰减，能有效提高对电磁波的吸收，推动了磁性碳基混合微波吸收体的发展。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种HCNFs@CoNi一维复合纤维，其特征在于，所述复合纤维包括中空碳纳米纤维壳层和被包覆在中空碳纳米纤维壳层内的钴镍合金纳米粒子；
2.一种权利要求1所述的HCNFs@CoNi一维复合纤维的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的一种HCNFs@CoNi一维复合纤维的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述前驱体聚合物包括聚丙烯腈、聚酰亚胺、聚乙烯吡咯烷酮或聚苯胺中的一种或多种。
4.根据权利要求2所述的一种HCNFs@CoNi一维复合纤维的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述溶剂包括N,N-二甲基甲酰胺或二甲基乙酰胺中的一种或多种；
5.根据权利要求2所述的一种HCNFs@CoNi一维复合纤维的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述钴源、镍源和前驱体模板的质量比为1:1:6～1:1:12；
6.根据权利要求2所述的一种HCNFs@CoNi一维复合纤维的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述前驱体模板包括PMMA或SAN树脂中的一种或多种。
7.根据权利要求2所述的一种H
8.根据权利要求2所述的一种HCNFs@CoNi一维复合纤维的制备方法，其特征在于，步骤(4)中，所述预氧化的升温速率为1-3℃/min，预氧化的温度为270-290℃，预氧化的时间为0.5-2h。
9.根据权利要求2所述的一种HCNFs@CoNi一维复合纤维的制备方法，其特征在于，步骤(4)中，所述碳化的温度为780-820℃，碳化在惰性气体氛围下进行，碳化的时间为0.5-2h。
10.一种权利要求1所述的HCNFs@CoNi一维复合纤维作为电磁波吸收材料的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种hcnfs@coni一维复合纤维，其特征在于，所述复合纤维包括中空碳纳米纤维壳层和被包覆在中空碳纳米纤维壳层内的钴镍合金纳米粒子；
2.一种权利要求1所述的hcnfs@coni一维复合纤维的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的一种hcnfs@coni一维复合纤维的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述前驱体聚合物包括聚丙烯腈、聚酰亚胺、聚乙烯吡咯烷酮或聚苯胺中的一种或多种。
4.根据权利要求2所述的一种hcnfs@coni一维复合纤维的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述溶剂包括n,n-二甲基甲酰胺或二甲基乙酰胺中的一种或多种；
5.根据权利要求2所述的一种hcnfs@coni一维复合纤维的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述钴源、镍源和前驱体模板的质量比为1:1:6～1:1:12；
6.根据权利要求2所述的一...
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。