[發(fā)明專利]一種氮化硅@碳吸波泡沫及其制備方法和應(yīng)用

有效

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• 申請日: 2020-01-11
• 公開（公告）號: CN111205106B
• 公開（公告）日: 2021-05-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王紅潔;王裕華;盧德;于志明;蔡志新
• 申請（專利權(quán)）人: 西安交通大學(xué)
• 主分類號: C04B41/85
• 分類號: C04B41/85;C04B35/591;C04B38/00;H05K9/00
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責(zé)任公司 61200
• 代理人: 李鵬威

本發(fā)明公開了一種氮化硅@碳吸波泡沫及其制備方法和應(yīng)用，屬于復(fù)合材料的制備領(lǐng)域，本發(fā)明以具有三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的氮化硅納米帶氣凝膠為骨架，以有機(jī)碳源為碳前驅(qū)體，通過簡單的水熱法將有機(jī)碳源均勻地包覆于氮化硅納米帶氣凝膠表面，并通過熱解炭化得到三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的氮化硅@碳吸波泡沫。將碳材料與具有三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的氮化硅納米帶氣凝膠進(jìn)行復(fù)合，利用其獨(dú)特的多孔骨架和氮化硅氣凝膠本身的低介電常數(shù)，實(shí)現(xiàn)吸波泡沫與環(huán)境間的阻抗匹配；利用氮化硅納米帶和碳包覆層形成的核殼結(jié)構(gòu)及吸波泡沫中的連續(xù)三維網(wǎng)絡(luò)機(jī)構(gòu)，引入了界面極化和多重散射等多中電磁波損耗機(jī)制，得到了具有優(yōu)異吸波性能的低密度吸波泡沫。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于吸波材料的制備領(lǐng)域，具體涉及一種氮化硅@碳吸波泡沫及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)

近年來，隨著電子設(shè)備的廣泛應(yīng)用產(chǎn)生了大量的電磁輻射，這些輻射對人體健康和電子設(shè)備的正常運(yùn)行產(chǎn)生了極大的影響，因此用于減少電磁干擾同時(shí)保護(hù)環(huán)境免受電磁輻射污染的新型微波吸收材料受到了研究者們廣泛的關(guān)注。根據(jù)損耗機(jī)理的不同可以將微波吸收體歸為兩類，即磁性吸波材料和介電吸波材料。由于磁性材料存在密度大，易腐蝕和高溫下鐵磁性能下降的缺點(diǎn)，阻礙了它們在微波吸收器中的應(yīng)用。因此，介電材料逐漸受到了研究者的重視。

碳材料屬于介電材料中的一種，具有超低密度、高電導(dǎo)率、優(yōu)異的微波吸收性能和環(huán)境穩(wěn)定性等優(yōu)點(diǎn)，然而單一的碳材料具有較高的復(fù)介電常數(shù)和較差的阻抗匹配，無法滿足實(shí)際應(yīng)用中對于高性能吸波材料的要求。為了獲得性能更為優(yōu)異的碳基吸波材料，有研究者以氮化硅塊體為多孔骨架，該塊體由氮化硅粉或晶須經(jīng)過無壓燒結(jié)制備得到，以碳材料(石墨烯，熱解碳，碳納米纖維等)為填充劑，構(gòu)建導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，調(diào)控材料阻抗匹配特性，有效的提高了碳基材料的吸波性能，然而以這種多孔氮化硅為骨架的碳基材料最小反射損耗均高于-30dB，有效吸波頻帶不超過5GHz，制備的復(fù)合材料密度較大(1.5g/cm³)，主要原因是這類材料本身不連續(xù)的微觀結(jié)構(gòu)，限制了其對電磁波的有效耗散。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種氮化硅@碳吸波泡沫及其制備方法和應(yīng)用，本發(fā)明選擇的原料成本低、制備方法簡單，可以快速制備吸波性能優(yōu)異的吸波材料，適合于高效吸波材料的工業(yè)化生產(chǎn)。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)：

本發(fā)明公開了一種氮化硅@碳吸波泡沫，該泡沫是以專利CN109704781A中提供的氮化硅納米帶氣凝膠作為骨架，并在氮化硅納米帶表面制備一層厚度為20～150nm的非晶碳層而形成的三維連續(xù)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

優(yōu)選地，所述氮化硅納米帶氣凝膠中的納米帶長度為100～500μm，寬度為0.2～3μm。

本發(fā)明還公開了一種氮化硅@碳吸波泡沫的制備方法，包括以下步驟：

1)配制濃度為0.1～1.0mol/L的有機(jī)碳源溶液；

2)將氮化硅納米帶氣凝膠加入有機(jī)碳源溶液中，經(jīng)水熱處理制得氮化硅@有機(jī)碳復(fù)合物；

3)將氮化硅@有機(jī)碳復(fù)合物先后進(jìn)行洗滌、干燥和煅燒，制得氮化硅@碳吸波泡沫。

優(yōu)選地，步驟1)中，有機(jī)碳源選擇有機(jī)糖類、聚乙烯吡咯烷酮和檸檬酸中的一種或幾種。

優(yōu)選地，步驟2)中，水熱處理是在100～200℃下，處理4～48h。

優(yōu)選地，步驟3)中，洗滌采用的試劑包括無水乙醇、正丁醇、甲醇或正己烷中的一種或幾種，洗滌時(shí)間為4～24h。

優(yōu)選地，步驟3)中，干燥溫度為50～100℃，干燥時(shí)間為4～24h。

優(yōu)選地，步驟3)中，在無氧環(huán)境(氮?dú)狻鍤饣蛘婵?中煅燒，煅燒溫度為500～800℃，煅燒時(shí)間為2～6h。

本發(fā)明公開了氮化硅@碳吸波泡沫作為吸波材料的應(yīng)用。