[發(fā)明專利]一種空心碗狀微波吸收材料及其制備方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011483891.2
• 申請(qǐng)日: 2020-12-16
• 公開（公告）號(hào): CN112591731A
• 公開（公告）日: 2021-04-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 萬(wàn)振東;王瑩;葛洪良
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)計(jì)量大學(xué)
• 主分類號(hào): C01B32/05
• 分類號(hào): C01B32/05;C01B33/145;B82Y40/00;H01Q17/00;H05K9/00
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本發(fā)明涉及一種空心碗狀微波吸收材料的制備方法。它改善了當(dāng)前單一相的碳材料阻抗匹配特性差，電磁波吸收頻帶窄的問題。該方法以親水性二氧化硅微球?yàn)槟０澹瑹o(wú)需對(duì)模板做任何處理，與吡咯單體和氧化劑過硫酸銨以恰當(dāng)?shù)呐淞媳然旌虾螅玫骄鶆蚝藲?fù)合材料二氧化硅@聚吡咯。之后將其放入氫氟酸溶液刻蝕去除模板再經(jīng)過高溫碳化即可得到空心碗狀碳微球。本發(fā)明專利制備的空心碗狀碳微球粒徑均一，分散性良好，具有優(yōu)異的特性阻抗匹配和良好的微波吸收性能，可用于隱身技術(shù)和電磁屏蔽領(lǐng)域，具有非常好的應(yīng)用前景。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于微波吸收材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種具有寬頻微波吸收性能的空心碗狀碳微球及其制備方法。

背景技術(shù)

隨著通信技術(shù)的飛速發(fā)展，諸如計(jì)算機(jī)、移動(dòng)電話和雷達(dá)系統(tǒng)之類的無(wú)線通信設(shè)備被廣泛用于各個(gè)行業(yè)，人們的日常生活中充斥著各種不同波長(zhǎng)范圍內(nèi)的電磁波。這些由電磁波形成的“電子煙霧”不僅會(huì)影響高敏感度的電子設(shè)備，致使導(dǎo)彈系統(tǒng)間的信號(hào)失真，它還會(huì)影響人正常的新陳代謝、免疫和生殖等功能，更嚴(yán)重的還會(huì)導(dǎo)致體內(nèi)癌細(xì)胞增殖的速度加快，從而誘發(fā)癌癥。所以在繼水質(zhì)污染、大氣污染和噪聲污染之后，電磁波污染已被世界公認(rèn)為第四大污染。而如何應(yīng)對(duì)電磁波污染已然成為人們亟需解決的問題。

在早期階段，人們采用了電磁屏蔽材料用來(lái)防止電磁波污染，因?yàn)榇蠖鄶?shù)入射電磁波都會(huì)從其表面反射回去，可以使受保護(hù)對(duì)象不受這些電磁波的干擾。可是電磁屏蔽材料并不能有效的消除電磁波輻射，反而會(huì)因?yàn)槠浞瓷浠厝サ碾姶挪ㄔ斐啥坞姶盼廴尽＝┠陙?lái)，微波吸收材料則是由于其能夠有效吸收電磁波的特性而受到越來(lái)越多的關(guān)注，它可以通過相消干涉將電磁能轉(zhuǎn)換為熱能或者其他形式的能耗散掉，從而達(dá)到改善生存環(huán)境的效果。目前吸波材料已經(jīng)被廣泛的應(yīng)用于軍事隱身技術(shù)、保溫節(jié)能和人體防護(hù)等領(lǐng)域，逐漸成為各國(guó)的研究重點(diǎn)。

根據(jù)微波損耗的機(jī)理，通常將微波吸收材料分為磁損耗材料和介電損耗兩類。盡管損耗材料（例如磁性金屬和鐵氧體等）可以提供強(qiáng)大的微波吸收能力和寬頻響應(yīng)，但它們始終遭受高密度、不良的環(huán)境穩(wěn)定性和嚴(yán)格的合成條件等困擾。而作為介電損耗材料的導(dǎo)電共軛聚合物、碳質(zhì)材料、陶瓷和過渡金屬氧化物，因其密度相對(duì)較低、穩(wěn)定的化學(xué)性質(zhì)和資源豐富等特點(diǎn)，越來(lái)越受到研究人員的青睞。因此高性能的介電損耗材料必將成為下一代微波吸收器最有潛力的候選材料之一。

碳材料由于其輕質(zhì)、導(dǎo)電、耐酸堿和耐高溫等優(yōu)點(diǎn)，長(zhǎng)期以來(lái)都是科學(xué)家們的熱點(diǎn)研究對(duì)象，其在傳感器、電極材料、能量存儲(chǔ)等領(lǐng)域都展現(xiàn)出了不錯(cuò)的應(yīng)用前景，同時(shí)它也被人們看作成潛在的微波吸收劑進(jìn)行了研究。盡管碳材料在微波吸收性能方面取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，但單一相的碳材料由于它的相對(duì)復(fù)介電常數(shù)較高，無(wú)法實(shí)現(xiàn)良好的特性阻抗匹配，從而導(dǎo)致較窄的吸收頻率帶寬，限制了其在微波吸收領(lǐng)域的應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于通過合理的設(shè)計(jì)碳材料內(nèi)部的微觀結(jié)構(gòu)，優(yōu)化材料的特性阻抗匹配以及實(shí)現(xiàn)電磁波在材料內(nèi)部的多次反射/散射，使得材料微波吸收性能增強(qiáng)而提供的一種空心碗狀碳微球的制備方法。

為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是：先通過溶膠-凝膠法制備單分散二氧化硅微球硬模板，隨后將二氧化硅微球和吡咯單體充分混合后加入氧化劑過硫酸銨，使得吡咯單體在二氧化硅微球表面發(fā)生緩慢自聚合形成均勻核殼復(fù)合材料二氧化硅@聚吡咯。再通過氫氟酸刻蝕內(nèi)部的二氧化硅模板，聚吡咯殼會(huì)因?yàn)樽匀凰莸玫酵霠羁招木圻量┪⑶颉Ｗ詈髮⒖招木圻量┪⑶蜻M(jìn)行高溫碳化，所得到的碳微球完美的保持了之前獨(dú)特的空心碗狀結(jié)構(gòu)。

在本發(fā)明的制備均勻核殼復(fù)合材料二氧化硅@聚吡咯過程中，只有將單分散二氧化硅納米微球與吡咯單體以及過硫酸銨按最佳摩爾比1:4:48混合，由于吡咯單體和過硫酸銨相對(duì)溶度較低，會(huì)減慢吡咯單體之間的聚合速度和聚合度，促進(jìn)吡咯單體在二氧化硅微球表面聚合而不是自聚合，從而得到表面聚合均勻，殼層厚度恰當(dāng)?shù)暮藲?fù)合材料二氧化硅@聚吡咯。然后在刻蝕去除內(nèi)部的二氧化硅模板的過程中，由于聚吡咯分子結(jié)構(gòu)強(qiáng)度較低，會(huì)出現(xiàn)向空腔內(nèi)部塌陷而又不完全破裂的情況，從而最終得到具有特殊結(jié)構(gòu)的空心碗狀碳微球。