[發明專利]一種磁性碳納米纖維氣凝膠吸波材料及制備方法

在審

• 申請號: 201911148529.7
• 申請日: 2019-11-21
• 公開（公告）號: CN110809395A
• 公開（公告）日: 2020-02-18
• 發明（設計）人: 劉慶雷;梁亮亮;張子強;張旺;張荻
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: H05K9/00
• 分類號: H05K9/00
• 代理公司: 上海漢聲知識產權代理有限公司 31236
• 代理人: 賀姿;胡晶

本發明公開了一種磁性碳納米纖維氣凝膠吸波材料，包括碳納米纖維及磁性納米顆粒，磁性納米顆粒分散于碳納米纖維上，其中，碳納米纖維為由生物質材料熱解之后的碳納米纖維，碳納米纖維的纖維直徑為30～50nm，所述碳納米纖維的長徑比為1000～3000，本發明提供的磁性碳納米纖維氣凝膠吸波材料具有高長徑比，其內部形成交錯纖維構筑的多孔網絡結構，有利于低填料下導電網絡的構筑，在低填料下獲得最佳的吸波性能，同時，低填料填充及交錯纖維構筑的多孔網絡結構賦予磁性碳納米纖維氣凝膠吸波材料輕質、柔性的特征，提高吸波材料的應用價值，同時具有強烈的界面極化和磁損耗，進而有利于對入射電磁波的損耗。

技術領域

本發明涉及吸波材料領域，尤其涉及一種磁性碳納米纖維氣凝膠吸波材料及制備方法。

背景技術

隨著科學技術和電子產業的發展，各種電子設備應用逐漸增多，電磁波輻射已經成為一種新的社會公害。一方面輻射的電磁波會影響周圍電氣設備和系統的正常運行，另一方面長期處于電磁波輻射下，人的身心健康受到嚴重的影響。吸波材料作為一種有效的電磁波吸收體，在現代科技領域的地位日益凸顯。首先在所需的吸收波段具有較強的吸收能力是對吸波材料的基本要求，此外，輕量化，較低的填充含量和特殊性能，如靈活性，都具有非常重要的實用價值，特別是在航空航天、軍事和便攜電子工業。

與傳統磁性金屬/氧化物、導電聚合物等微波吸收材料相比，碳材料具有高導電性、低密度、優異的電化學穩定性等物理化學優勢。此外，碳材料的眾多同素異形體，包括石墨烯、碳納米管和多孔碳等，使它們在高效電磁吸波器的設計中有著巨大的潛力。當前，以生物質為原料，通過高溫熱解制備的多孔碳被認為是理想的吸波體。多孔碳是一種具有天然分級多孔結構的材料。由于存在大量的空氣，多孔碳的密度極低、比表面積高、熱導系數低。作為微波吸收材料，加入高體積分數的空氣可以大大增加入射電磁波與吸收體之間的阻抗匹配，減少電磁波在碳表面的反射。同時多孔碳內部豐富的空氣/碳骨架界面通過強烈的界面極化和介質弛豫提高了電磁能的損耗能力。

但現有以生物質材料為原料的復合吸波材料，在其制備過程中，在將生物質材料碾成粉末的過程中，天然的三維網狀結構被破壞，形成雜亂無序分布的短纖維或顆粒，盡管表面吸附磁性納米粒子，但實現優異吸波性能需要的較高導電閾值限制了它們的實際應用。同時，對于普遍的生物質材料來說，碳化后形成的多孔碳，一方面用于吸波材料時，物理研磨導致分級多孔結構遭到破壞，不利于界面極化和相關損耗，另一方面缺乏較高長徑比的微觀結構導致多孔碳只有在填充量較高的情況下才能獲得最佳的吸收性能，造成了填料的低效利用。

發明內容

本發明的目的是提供一種磁性碳納米纖維氣凝膠吸波材料及制備方法，能提供具有較高長徑比的微觀結構，有利于低填料下導電網絡的構筑，在低填料下獲得最佳的吸波性能，同時具有強烈的界面極化和磁損耗，進而有利于對入射電磁波的損耗。

為解決上述問題，本發明的技術方案為：

一種磁性碳納米纖維氣凝膠吸波材料，包括：

碳納米纖維；以及

磁性納米顆粒，所述磁性納米顆粒分散于所述碳納米纖維上，所述磁性納米顆粒為鐵、鈷、鎳中的任意一種或幾種的合金；

其中，所述碳納米纖維為由生物質材料熱解之后的碳納米纖維，所述生物質材料為細菌纖維素，所述碳納米纖維的纖維直徑為30～50nm，所述碳納米纖維的長徑比為1000～3000，所述磁性碳納米纖維氣凝膠吸波材料的密度為6～7mg/cm³。

優選地，所述細菌纖維素的厚度為5～20mm，所述細菌纖維素的纖維直徑為50～80nm。

優選地，所述碳納米纖維由石墨化碳構成，其在拉曼光譜中I_D/I_G為0.6～0.9。

優選地，所述磁性納米顆粒的直徑為4～20nm。