[發明專利]一種中空核殼纖維材料的制備方法及應用

有效

• 申請號: 202210048498.3
• 申請日: 2022-01-17
• 公開（公告）號: CN114540985B
• 公開（公告）日: 2023-07-07
• 發明（設計）人: 劉久榮;李保鼎;曾志輝;孔靜;劉偉;王鳳龍;汪宙;吳莉莉
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: D01F9/10
• 分類號: D01F9/10;D01F1/10;H05K9/00
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 王志坤

本發明涉及一種中空核殼纖維材料的制備方法及應用，屬于電磁波吸收材料技術領域。本發明選擇氧化鋅、四氧化三鐵和氮摻雜碳作為吸波劑的組分，利用協同效應，同時實現了優異的阻抗匹配和對電磁波的強損耗。使用鋅鹽，鐵鹽和表面活性劑進行靜電紡絲，自組裝形成含鋅鐵的纖維前驅體，在空氣中煅燒后得到中空前驅體纖維下，利用吡咯高溫下的分解產生的還原性氣氛與前驅體反應，得到氧化鋅與四氧化三鐵復合包覆氮摻雜碳的中空核殼纖維材料。本發明方法過程簡單，僅通過一次靜電紡絲、一次空氣煅燒加高溫碳化就可制備出雙組分金屬氧化物包覆氮摻雜碳的中空核殼纖維吸波劑。

技術領域

本發明屬于電磁波吸收材料技術領域，具體涉及一種中空核殼纖維材料的制備方法及應用。

背景技術

公開該背景技術部分的信息僅僅旨在增加對本發明的總體背景的理解，而不必然被視為承認或以任何形式暗示該信息構成已經成為本領域一般技術人員所公知的現有技術。

近十年以來，手機，筆記本電腦等移動電子設備的飛速發展，以及5G、無線局域網等通信技術的升級迭代，設備間的電磁干擾和電磁輻射等問題，引起人們對電磁防護的重視。其中，電磁波吸收材料由于其應用范圍廣泛，成為了實現電磁防護的重要手段。傳統的磁性金屬粉末吸波材料具有較高的飽和磁化強度和磁導率，磁損耗能力較高，但是其容易被氧化，且密度大，不利于設備的便攜化；另一方面，磁性金屬粉末的電導率較高，容易引起電磁波的反射，導致阻抗失配，顯著降低材料的吸波性能。

發明內容

為了解決上述技術問題，本發明提供一種中空核殼纖維材料的制備方法及應用，該制備方法為一種氧化鋅、四氧化三鐵雙金屬氧化物包覆氮摻雜碳的復合材料的制備方法，并用于電磁波吸收，使其具備良好的阻抗匹配和較強的損耗能力，在薄厚度下具有較強吸波性能。

本發明的第一個方面，提供了一種中空核殼纖維材料的制備方法，包括：將鋅鹽、鐵鹽和表面活性劑分散在溶液中，進行靜電紡絲，得到鋅鐵中空纖維前驅體；將所述鋅鐵中空纖維前驅體進行加熱煅燒，再與含氮碳源混合高溫碳化后得到中空核殼纖維材料。

對比現有技術，本發明合成方法簡易，僅需一次靜電紡絲、一次煅燒和碳化即可得到最終產物，且所制備的氧化鋅與四氧化三鐵復合包覆氮摻雜碳的中空核殼纖維材料直徑均勻，碳化過程中沒有其他副產物生成。

本發明的第二個方面，利用上述的一種中空核殼纖維材料的制備方法得到的復合中空纖維，中空核殼纖維中含有Fe,O,N，Zn,和C元素，其中，Fe元素和O元素以Fe₃O₄的形式存在，Zn元素和O元素以ZnO的形式存在，C元素以無定型碳和石墨碳的形式同時存在，N作為摻雜元素存在于碳層中，四者混合均勻，最終形成氧化鋅與四氧化三鐵復合包覆氮摻雜碳的中空核殼纖維材料。

本發明所制得的氧化鋅與四氧化三鐵復合氮摻雜碳的中空核殼纖維，一方面，氧化鋅為低損耗的透波材料，可以優化材料的阻抗匹配，使電磁波順利進入材料內部而不發生反射；另一方面，由于四氧化三鐵為窄禁帶半導體，具有半金屬的特性，因此，四氧化三鐵的存在提高了材料的電導率，增強電導損耗，對入射的電磁波具有較強的損耗；第三方面，中空結構的存在不僅可以優化材料的阻抗匹配，而且可以使電磁波發生多重散射，增強了材料對電磁波的損耗。

在本發明的第三方面，一種中空核殼纖維復合吸波材料，所述復合吸波材料包括所述的氧化鋅與四氧化三鐵包覆氮摻雜碳的中空核殼纖維和石蠟。

上述一種中空核殼纖維復合吸波材料的制備方法為，將中空核殼纖維和石蠟混合得到中空核殼纖維復合吸波材料。

在本發明的第四方面，所述的一種中空核殼纖維或上述中空核殼纖維復合吸波材料在電磁波吸收領域中的應用。

本發明的有益效果在于：