[發明專利]聚酰亞胺/多壁碳納米管/納米四氧化三鐵復合氣凝膠及其制備方法

有效

• 申請號: 202010664137.2
• 申請日: 2020-07-10
• 公開（公告）號: CN111607228B
• 公開（公告）日: 2021-07-23
• 發明（設計）人: 劉鵬波;陳少康;袁帥威;代天文;鄒華維
• 申請（專利權）人: 四川大學
• 主分類號: C08L79/08
• 分類號: C08L79/08;C08K9/04;C08K3/22;C08K3/04;C08J9/28
• 代理公司: 成都高遠知識產權代理事務所(普通合伙) 51222
• 代理人: 張娟;魏靜

本發明公開了一種聚酰亞胺/多壁碳納米管/納米四氧化三鐵復合氣凝膠及其制備方法，具體提供了一種聚合物基復合氣凝膠，它以聚合物為基體，以碳材料和磁損耗材料為填料制得的聚合物基復合氣凝膠；所述聚合物為水溶性聚合物和/或前驅體具有水溶性的聚合物。與只添加MWCNTs或Fe₃O₄一種功能填料所得的聚酰亞胺基復合氣凝膠相比，本發明在添加相同含量功能填料的情況下，同時添加MWCNTs和Fe₃O₄所得的聚酰亞胺基復合氣凝膠的吸波性能取得了協同增效的效果。本發明提供的聚合物基復合氣凝膠具有各向異性的有序孔結構，其密度更低，熱穩定性良好，同時還具有顯著提高的電磁波吸波性能，綜合性能優異，在民用及軍用領域作為電磁波吸波材料具有非常好的應用前景。

技術領域

本發明屬于復合材料領域，具體涉及一種聚酰亞胺/多壁碳納米管/納米四氧化三鐵復合氣凝膠及其制備方法。

背景技術

隨著電子通訊技術的飛速發展，電子通訊設備的使用越來越普遍。這些電子產品在給我們帶來便利的同時，其工作時產生的電磁危害也日漸凸顯出來。電磁干擾影響設備的正常運行，電磁污染會對人體和自然環境產生不利影響。此外，電磁波作為傳遞信息的媒介，它的泄露也就意味著其所傳遞信息的泄露，將嚴重危害信息安全。目前，電磁波對信息安全、電磁兼容和生態系統等方面的危害已引起了人們的廣泛關注。電磁波吸波材料通過有效損耗電磁能量實現電磁波較少反射甚至無反射，可有效降低電磁污染，防止電磁信息的泄露。電磁波吸波材料的研究，無論對國防軍事、還是人們的日常生活都有著十分重大的意義。

隨著科技的不斷進步，電磁波吸波材料朝著“質量輕、厚度薄、頻段寬、吸收強”的方向發展。研究發現，微孔結構不但可以使吸波材料減重，還可以有效地耗散進入材料內部的電磁波，從而提升材料的吸波性能，因此具有微孔結構的聚合物基吸波材料成為該領域的熱點研究方向之一。

聚合物基氣凝膠作為一種新型的多孔固體材料，它由聚集的納米粒子或聚合物分子作為三維網絡骨架，并以空氣介質分散在網絡間隙中構成的開孔材料，具有低密度、高孔隙率、高比表面積、低熱導率等特點。在眾多聚合物基氣凝膠材料中，聚酰亞胺(PI)氣凝膠由于其優異的綜合性能而受到了廣泛的關注。聚酰亞胺氣凝膠是一種以聚酰亞胺為基體制備的氣凝膠材料，其基體聚酰亞胺是由含苯二酐單體和二胺單體通過縮聚反應制得的聚合物，分子鏈中含有豐富的苯環和剛性的酰亞胺環，分子鏈間存在明顯的共軛效應和較強的分子間作用力。聚酰亞胺獨特的分子結構賦予了聚酰亞胺氣凝膠特殊的性能，如：優異的耐高低溫性能、良好的機械性能、低介電常數、突出的化學和輻射穩定性能。

但是，聚合物本身通常并沒有吸波性能，需要通過外加吸波材料來賦予其電磁波吸波性能。根據不同的損耗特性，吸波材料通常分為兩類：介電損耗材料和磁損耗材料。常用的介電損耗材料有碳材料(石墨烯、碳納米管、碳纖維等)；磁損耗材料有磁性金屬材料、鐵氧體(Fe₃O₄、Co₃O₄等)。在碳材料中，碳納米管屬于富勒碳系，是將石墨的碳原子層卷曲為圓柱形而得到，它的直徑一般很小(直徑1～30nm)，管壁大部分由六邊形的碳原子網格組成，在其彎曲部位存在少部分以五邊形和七邊形相連接的碳原子環；它的長度一般能達到微米級。這些結構特性使碳納米管具備了很高的長徑比(＞1000)以及優良的導電性能，加之本身具備較高的機械強度(強度可達鋼的100倍)，因此在含量極低(＜5wt％)時，就能同時增強聚合物的導電和力學性能，與傳統碳材料相比有很大優勢，因而受到廣泛關注。多壁碳納米管是碳納米管的一種，它是由單壁碳納米管層層嵌套而成，層間距約0.34nm，層數≥2。在常用的磁性材料中，納米Fe₃O₄粒子因具有磁性強、低毒、生物相容性好等特點，成為潛在的研究對象之一。