一种CNT-FeCoNi/C气凝胶复合吸波材料及其制备方法技术

技术编号：41227822 阅读：2 留言：0更新日期：2024-05-09 23:45

本发明专利技术属于微波吸收材料技术领域，具体公开了一种CNT‑FeCoNi/C气凝胶复合吸波材料，该复合吸波材料包括三维碳骨架和FeCoNi/C两部分，将纺锤体型的三金属有机骨架前驱体引入气凝胶中，成功合成出CNT‑FeCoNi/C复合气凝胶材料。该过程通过液氮快速冷冻干燥和热解两步程序，三金属有机框架的衍生物均匀封装在定向三维碳气凝胶的结构孔壁内。本发明专利技术解决了现有吸波材料质量大、吸收性能弱、吸收宽带窄、负载高、单一损耗机制导致的阻抗不匹配以及应用受限的缺陷；所制备的复合吸收剂在较低的厚度及负载量下表现出优异的吸波性能，为新型轻质高效微波吸收剂的发展提供了一条有希望的途径。

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【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于微波吸收材料，具体设计一种cnt-feconi/c气凝胶复合吸波材料及其制备方法。

技术介绍

1、近年来，随着电子通信设备和航空航天技术的快速发展，电磁波的应用无处不在。不仅会影响电子设备的使用寿命，而且对人类健康也有很大危害，甚至对军事飞机雷达隐身也有关键应用。理想的微波吸收(mwa)材料需要重量轻、厚度薄、吸收性强和有效吸收带宽。为了探索新型mwa材料实现实际应用需求，往往需要进行结构设计和多组分复合材料，以达到协同效应。

2、金属有机骨架mofs是通过金属离子和有机配体的自组装形成的多孔骨架化合物。因具有高孔隙率和高比表面积等优点，即使在高温处理后也能保留下来，可以作为新型的mwa材料。含有杂原子的有机配体可以很容易地进行杂原子掺杂，从而增强其偶极子极化性能。其中，由磁性过渡金属(如fe、co、ni等)衍生的多孔碳基复合材料有效克服了传统磁性金属颗粒的限制，如密度高、分散性不足以及易受腐蚀和氧化的缺陷。

3、研究人员提出了将三金属mof与碳纳米管(cnt)、石墨烯等用于集成复合材料的技术方案，但是这些复合材料中大多数三金属mof主要以粉末形式存在，需要高负载水平且存在微波吸收性能不足的问题。

技术实现思路

1、有鉴于此，本专利技术的目的之一在于提供一种cnt-feconi/c气凝胶复合吸波材料的制备方法，该方法制得的复合材料通过多种损耗机制的有效结合，具有良好的阻抗匹配，具有薄厚度、轻质、填充量低、有效吸收带宽、吸收性能强的特点。

2、为实现上述目的，本专利技术采用了以下技术方案：一种cnt-feconi/c气凝胶复合吸波材料的制备方法，包括如下步骤：

3、步骤1，将二甲基甲酰胺即dmf、去离子水和乙醇混合作为混合溶剂，在混合溶剂中先加入钴盐、镍盐、铁盐，再加入2-氨基对苯二甲酸，分散均匀得到混合溶液；

4、将混合溶液转移到高压反应釜中，在100-140℃下反应10-30h，反应后经过高速离心、洗涤和干燥，得到feconi-mof前驱体粉末；

5、步骤2，将碳纳米管粉末溶于去离子水中，先加入聚乙烯吡咯烷酮，再依次加入纳米纤维素、水解甲基三甲氧基硅烷并分别进行分散，然后加入步骤1制备的feconi-mof前驱体粉末，得到碳纳米管、纳米纤维素和feconi-mof前驱体粉末的混合分散液；

6、步骤3，将步骤2的混合分散液置于液氮中快速冷冻，再冷冻干燥，得到含碳纳米管、纳米纤维素和feconi-mof的气凝胶；

7、步骤4，将气凝胶置于氩气氛围中，在700-900℃下煅烧1-3h，得到的气凝胶产物包括三维碳骨架以及负载在的骨架孔壁上的三金属feconi合金/碳复合物，简称为cnt-feconi/c气凝胶复合吸波材料。

8、作为cnt-feconi/c气凝胶复合吸波材料的制备方法的进一步改进：

9、优选的，步骤1所述的混合溶剂中dmf、去离子水和乙醇以100:6:6的体积比混合。

10、优选的，步骤1所述的钴盐、镍盐和铁盐分别为六水硝酸钴、六水硝酸镍和四水氯化亚铁。

11、优选的，所述钴盐、镍盐和铁盐的摩尔比为2:1:1或1:2:1或1.5:1.5:1，所述钴盐、镍盐和铁盐的摩尔量总和与2-氨基对苯二甲酸的摩尔比为(3-3.2):1。

12、优选的，步骤1中干燥的温度为55-60℃，时间为20-24h。

13、优选的，步骤2中所述碳纳米管粉末、聚乙烯吡咯烷酮、纳米纤维素和feconi-mof前驱体粉末的质量比为100:30:2:100。

14、优选的，步骤2中碳纳米管粉末在去离子水中的溶解浓度为0.03-0.1g/ml。

15、优选的，所述水解甲基三甲氧基硅烷的制备方法如下：将甲基三甲氧基硅烷与去离子水按照1:1的体积比混合，然后加入浓度5wt％的盐酸溶液，盐酸溶液添加量占甲基三甲氧基硅烷和去离子水体积总量的10％，冰浴下充分搅拌，即制得水解甲基三甲氧基硅烷；步骤2中水解甲基三甲氧基硅烷的添加量为混合分散液的体系总质量的10wt％-20wt％。

16、优选的，步骤3中液氮的温度为-210℃至-196℃，快速冷冻的时间为3-5min，冷冻干燥的温度为-80℃至-30℃、真空度为20pa以下、时间为36-48h；步骤4中以2-5℃/min的速率升温至煅烧温度。

17、本专利技术的目的之二是提供一种上述任意一项所述的一种cnt-feconi/c气凝胶复合吸波材料的制备方法制得的cnt-feconi/c气凝胶复合吸波材料。

18、本专利技术相比现有技术的有益效果在于：

19、1)本专利技术提供一种cnt-feconi/c气凝胶复合吸波材料的制备方法，先将钴盐、镍盐、铁盐加入到dmf、去离子水和乙醇的混合溶剂中，再加入2-氨基对苯二甲酸，通过溶剂热反应生成纺锤体形feconi-mof前驱体粉末；然后将feconi-mof前驱体粉末与纳米纤维素和多壁碳纳米管的混合，在硅烷偶联剂的交联下，定向冷冻干燥使溶剂挥发，形成高度多孔性的气凝胶，纺锤体形貌的三金属mof均匀负载在碳骨架的孔壁上，再通过高温碳化反应，生成三金属feconi合金/碳气凝胶复合材料，该复合材料中feconi/c负载在三维碳骨架孔壁上，碳气凝胶骨架有助于电磁波(emw)的多次反射和散射。其中，可再生纳米纤维素通过交联建立三维网络，引入多壁碳纳米管来增强网络的导电性，其还与纳米纤维素通过氢键交联，用于加强碳框架，碳纳米管的引入有助于通过最小化介电损耗来优化阻抗匹配，引入的三金属mof解决了单碳材料固有的局限性；最终制得的气凝胶复合材料具有轻质、厚度薄、填充量低、有效吸收带宽、反射损耗强的性能，可以通过调控碳化温度来调控复合材料的微波吸收性能，最终实现了再低填充量下的高微波吸收性能，在微波吸收领域具有巨大潜力。

20、2)本专利技术提供一种复合气凝胶吸波材料，该材料包括三维碳骨架以及负载在三维碳骨架孔壁上的feconi/c，三维多孔气凝胶的大孔允许更多的电磁波进入，其内部的介孔和微孔促进了电磁波的多次反射和散射。这种分层多孔结构设计有利于电磁波的吸收和耗散。这种复杂的多孔结构大大拉长了入射波行进的路径，导致多次反射和散射，从而促进了emw的衰减。同时，具有定向生长结构的气凝胶为锚定mof衍生的纳米颗粒提供了相当大的表面积。此外，cnt和feconi/c之间的电导率差异会导致界面极化。由多壁碳纳米管和碳骨架组成的三维网络增强了电子迁移，从而促进了传导损耗。此外，多壁碳纳米管中存在有缺陷的官能团和带负电的位点会导致有缺陷的极化和偶极子极化。在复合材料中加入具有不同磁性原子的合金可产生高效的电子转移和更高的自旋极化率，从而超越单一金属的性能属性。通过掺杂在内部引入n元素进一步放大了偏振弛豫。feconi/c独特的纺锤形貌在电磁波耗散中起着关键作用。在外加电场的影响下，高纵横比有助于在尖端产生局部强电场。同时，电极的有限电导率确保了快速响本文档来自技高网...

【技术保护点】

1.一种CNT-FeCoNi/C气凝胶复合吸波材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的CNT-FeCoNi/C气凝胶复合吸波材料的制备方法，其特征在于，步骤1所述的混合溶剂中DMF、去离子水和乙醇以100:6:6的体积比混合。

3.根据权利要求2所述的CNT-FeCoNi/C气凝胶复合吸波材料的制备方法，其特征在于，步骤1所述的钴盐、镍盐和铁盐分别为六水硝酸钴、六水硝酸镍和四水氯化亚铁。

4.根据权利要求1或3所述的CNT-FeCoNi/C气凝胶复合吸波材料的制备方法，其特征在于，所述钴盐、镍盐和铁盐的摩尔比为2:1:1或1:2:1或1.5:1.5:1，所述钴盐、镍盐和铁盐的摩尔量总和与2-氨基对苯二甲酸的摩尔比为(3-3.2):1。

5.根据权利要求3或4所述的CNT-FeCoNi/C气凝胶复合吸波材料的制备方法，其特征在于，步骤1中干燥的温度为55-60℃，时间为20-24h。

6.根据权利要求1所述的CNT-FeCoNi/C气凝胶复合吸波材料的制备方法，其特征在于，步骤2中所述碳纳米管粉

7.根据权利要求1所述的CNT-FeCoNi/C气凝胶复合吸波材料的制备方法，其特征在于，步骤2中碳纳米管粉末在去离子水中的溶解浓度为0.03-0.1g/ml。

8.根据权利要求1或6所述的CNT-FeCoNi/C气凝胶复合吸波材料的制备方法，其特征在于，所述水解甲基三甲氧基硅烷的制备方法如下：将甲基三甲氧基硅烷与去离子水按照1:1的体积比混合，然后加入浓度5wt％的盐酸溶液，盐酸溶液添加量占甲基三甲氧基硅烷和去离子水体积总量的10％，冰浴下充分搅拌，即制得水解甲基三甲氧基硅烷；步骤2中水解甲基三甲氧基硅烷的添加量为混合分散液的体系总质量的10wt％-20wt％。

9.根据权利要求1所述的CNT-FeCoNi/C气凝胶复合吸波材料的制备方法，其特征在于，步骤3中液氮的温度为-210℃至-196℃，快速冷冻的时间为3-5min，冷冻干燥的温度为-80℃至-30℃、真空度为20Pa以下、时间为36-48h；步骤4中以2-5℃/min的速率升温至煅烧温度。

10.一种权利要求1-9任意一选所述的一种CNT-FeCoNi/C气凝胶复合吸波材料的制备方法制得的CNT-FeCoNi/C气凝胶复合吸波材料。

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【技术特征摘要】

1.一种cnt-feconi/c气凝胶复合吸波材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的cnt-feconi/c气凝胶复合吸波材料的制备方法，其特征在于，步骤1所述的混合溶剂中dmf、去离子水和乙醇以100:6:6的体积比混合。

3.根据权利要求2所述的cnt-feconi/c气凝胶复合吸波材料的制备方法，其特征在于，步骤1所述的钴盐、镍盐和铁盐分别为六水硝酸钴、六水硝酸镍和四水氯化亚铁。

4.根据权利要求1或3所述的cnt-feconi/c气凝胶复合吸波材料的制备方法，其特征在于，所述钴盐、镍盐和铁盐的摩尔比为2:1:1或1:2:1或1.5:1.5:1，所述钴盐、镍盐和铁盐的摩尔量总和与2-氨基对苯二甲酸的摩尔比为(3-3.2):1。

5.根据权利要求3或4所述的cnt-feconi/c气凝胶复合吸波材料的制备方法，其特征在于，步骤1中干燥的温度为55-60℃，时间为20-24h。

6.根据权利要求1所述的cnt-feconi/c气凝胶复合吸波材料的制备方法，其特征在于，步骤2中所述碳纳米管粉末、聚乙烯吡咯烷酮、纳米纤维素和feconi-mof前驱体粉末的质量比为100:3...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈林，郭宜铭，李潇潇，田兴友，宫艺，张献，王化，
申请(专利权)人：中国科学院合肥物质科学研究院，
类型：发明
国别省市：

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