[發(fā)明專利]一種三維定向碳化硅納米線/碳吸波氣凝膠的制備方法

在審

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• 申請日: 2017-02-20
• 公開（公告）號: CN106898881A
• 公開（公告）日: 2017-06-27
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 梅輝;肖珊珊;韓道洋;夏俊超;成來飛
• 申請（專利權(quán)）人: 西北工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: H01Q17/00
• 分類號: H01Q17/00
• 代理公司: 西北工業(yè)大學(xué)專利中心61204
• 代理人: 王鮮凱

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種三維定向碳化硅納米線/碳吸波氣凝膠的制備方法。特別是涉及一種利用碳化工藝并在不同溫度熱處理碳化硅納米線/羧甲基纖維素鈉(SiC_nw/CMC)氣凝膠來設(shè)計SiC_nw/C氣凝膠的微結(jié)構(gòu)并調(diào)控其電磁波吸收性能的方法。

背景技術(shù)

近些年來，隨著電磁技術(shù)應(yīng)用的日益廣泛，電子、電氣設(shè)備工作過程中產(chǎn)生越來越多的電磁輻射和干擾，導(dǎo)致人類生存空間的電磁環(huán)境日益惡化。高頻電磁波是指波長在2.4×10^-2～3.7×10^-2m之間的電磁波，它已成為除了大氣、水源和噪聲之外的一種新型的具有巨大危害性且難以防護的污染源，嚴重威脅了人類自身的安全。這些電磁波污染存在于高頻波段，主要是X波段由于電磁污染，儀器設(shè)備、無線通訊存在嚴重的電磁干擾，從而危害儀器設(shè)備的安全穩(wěn)定運行。因此，開發(fā)良好性能的電磁波防護材料、凈化電磁環(huán)境具有非常迫切的科學(xué)意義和現(xiàn)實需要。此外，隨著現(xiàn)代電子技術(shù)和探測系統(tǒng)的迅猛發(fā)展，極大地拓展了搜索、發(fā)現(xiàn)目標的能力，武器系統(tǒng)面臨的生存威脅越來越嚴峻。為適應(yīng)現(xiàn)代電磁對抗的需要、避免電磁波的泄漏或干擾、減少因電磁輻射而被發(fā)現(xiàn)從而盡可能隱蔽自身成為當(dāng)前世界各國尖端材料研究的熱點之一。電磁波吸收材料的研究和應(yīng)用最早起源于軍事領(lǐng)域，被稱為“隱身材料”。所謂的電磁波吸收材料，即吸波材料，是指那些能夠衰減、吸收入射電磁波能量，并將其轉(zhuǎn)換成為熱能散耗掉或者利用電磁波干涉而相互抵消的一種材料。

傳統(tǒng)吸波材料具有吸波能力弱、密度大、吸收頻帶窄等缺點，無法滿足新型吸波材料對綜合性能的要求。新型吸波材料要求滿足“薄、輕、寬、強”的特征，并且具備多頻段隱身、環(huán)境適應(yīng)、耐高溫、抗沖擊，結(jié)構(gòu)功能一體化等多重功能。因此，在對傳統(tǒng)吸波材料進行改進優(yōu)化的同時，突破局限、竭力探索各種新型吸波材料并研究新的吸波機理是目前吸波材料研究的焦點。

碳化硅(SiC)吸波劑具有吸收頻帶寬、抗氧化性能好、高溫使用性能優(yōu)異等特點。當(dāng)SiC粉體形態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榧{米尺寸纖維時，可有效改善SiC吸波劑的電磁特性。與SiC粉體相比，β-SiC納米線(SiC_nw)具有更大電磁損耗。當(dāng)SiC納米線表面包覆碳層時，電荷更易在界面聚集，產(chǎn)生極化，從而增大介電損耗。作為一種重要的半導(dǎo)體材料，由于SiC_nw具有較高的熱穩(wěn)定性、化學(xué)穩(wěn)定性、高比表面積和可調(diào)電導(dǎo)率，是很好的電磁波吸收候選材料。吸波材料無論是電導(dǎo)損耗還是介電損耗型，單一類型的吸波機制很難同時兼顧介電常數(shù)與介電損耗的最優(yōu)匹配，電磁參數(shù)難以優(yōu)化調(diào)節(jié)達到最優(yōu)值，電磁波吸收頻帶窄且吸收能力弱。因此,SiC_nw組裝成層次結(jié)構(gòu)吸波體結(jié)合與碳薄層組成的大量界面可以實現(xiàn)高效的電磁波衰減。

Dai等人(J.Mater.Chem.A,2015,3,4884)利用高頻加熱的方法制備了三維SiC_nw和石墨烯(GO)組成的結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)這種結(jié)構(gòu)相比于簡單添加SiC_nw和石墨烯的混合物具有更好的協(xié)同導(dǎo)熱作用，這種方法選用的GO是Hummers方法制備的，該方法流程復(fù)雜，產(chǎn)量少效率低造價高，而且并沒有研究結(jié)構(gòu)的電磁特性。Han等人(J.Eur.Ceram.Soc.2016,36,2695–2703)利用聚合物裂解法制備了二維石墨烯和一維SiC_nw組成的分級結(jié)構(gòu)，研究了其優(yōu)異的電磁波吸收性能，但是這種方法也是利用由Hummer方法制備的石墨烯為原料，而且二維石墨烯和一維SiC_nw雖為分級結(jié)構(gòu)，但是并沒有組成明顯的三維結(jié)構(gòu)。

目前，以碳化硅納米線/羧甲基纖維素鈉(SiC_nw/CMC)三維定向氣凝膠為基礎(chǔ)，利用直接碳化法制備碳化硅納米線/碳(SiC_nw/C)定向氣凝膠，并通過不同溫度熱處理來調(diào)控其電磁波吸收性能的方法還未見公開報道。

發(fā)明內(nèi)容

要解決的技術(shù)問題

為了避免現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，本發(fā)明提出一種三維定向碳化硅納米線/碳吸波氣凝膠的制備方法。

技術(shù)方案

一種三維定向碳化硅納米線/碳吸波氣凝膠的制備方法，其特征在于步驟如下：

步驟1：將0.5～1.5質(zhì)量分數(shù)的羧甲基纖維素鈉CMC分散到100質(zhì)量分數(shù)的去離子水溶液中，配置濃度為5mg/ml～15mg/ml的CMC水溶液；