[發(fā)明專利]一種具有電磁波吸收性能的金屬有機框架/導電聚合物衍生納米材料及其制備方法和應用

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• 申請日: 2022-04-02
• 公開（公告）號: CN114727576A
• 公開（公告）日: 2022-07-08
• 發(fā)明（設計）人: 俞宏英;張凱;蔣旭洲
• 申請（專利權(quán)）人: 中山大學;南方海洋科學與工程廣東省實驗室（珠海）
• 主分類號: H05K9/00
• 分類號: H05K9/00;H01Q17/00;C01B32/205
• 代理公司: 廣州嘉權(quán)專利商標事務所有限公司 44205
• 代理人: 周調(diào)云

本發(fā)明涉及電磁波吸收材料技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種具有電磁波吸收性能的金屬有機框架/導電聚合物衍生納米材料及其制備方法和應用。該金屬有機框架/導電聚合物衍生納米材料包括第一碳結(jié)構(gòu)、第二碳結(jié)構(gòu)和金屬單質(zhì)；所述第一碳結(jié)構(gòu)具有網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，由導電聚苯胺熱解形成；所述第二碳結(jié)構(gòu)和金屬單質(zhì)由金屬有機框架熱解形成，所述金屬單質(zhì)分散在所述第二碳結(jié)構(gòu)中，所述第二碳結(jié)構(gòu)和金屬單質(zhì)形成的整體結(jié)構(gòu)負載在所述第一碳結(jié)構(gòu)上。本發(fā)明由導電聚苯胺熱解形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，并負載金屬有機框架衍生的碳和金屬單質(zhì)，其中導電聚苯胺相較其他導電聚合物具有更寬的響應頻帶，拓寬了金屬有機框架/導電聚合物衍生納米材料對電磁波的有效吸收頻帶。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電磁波吸收材料技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種具有電磁波吸收性能的金屬有機框架/導電聚合物衍生納米材料及其制備方法和應用。

背景技術(shù)

近年來，隨著科學技術(shù)的發(fā)展，家用電器、移動終端、城軌、高鐵、高壓電網(wǎng)等產(chǎn)品已深入人們的日常生活，給人們帶來便利的同時也伴隨著一定的電磁輻射，同時功率較大的電磁波發(fā)射設備如廣播、電視用的信號塔等也被設置在人口密度較高的地區(qū)，因此，日益嚴重的電磁波污染漸漸受到人們的重視。這些電磁波發(fā)射設備的影響主要包括兩方面：一是其生成的電磁波會干擾其他電子設備和儀器；二是某些大功率電磁波會損害人體安全和健康。相對于固體廢物污染、大氣污染、水污染、噪音污染等類型的污染，電磁波污染更普遍、更加難以治理，因此，對其進行防治的研究尤為重要。隨著雷達等探測技術(shù)的高速發(fā)展，研究人員致力于雷達隱身技術(shù)的研究，降低對雷達波的反射，而吸波材料的發(fā)展為這一目標提供了可能。

金屬有機框架(Metal organic framework,MOF)類材料是近20年新興的一種多孔材料。MOF常常是由固定的金屬原子或金屬原子簇與含氮的有機配體(胺類、酚類、磺酸類、磷酸類、羧酸類、腈類)通過強配位作用形成，具有空間無限延伸的有序網(wǎng)絡狀的多孔拓撲結(jié)構(gòu)。

盡管傳統(tǒng)的微波吸收納米材料在磁損耗或介電損耗方面取得了長足進步，但仍存在高密度和機理單一等缺點，嚴重阻礙了它們的發(fā)展和大規(guī)模使用。源自 MOF的多孔碳結(jié)構(gòu)有利于降低吸波材料的密度，通過對其進行高溫煅燒可以制備出具有特殊微觀結(jié)構(gòu)的輕質(zhì)多孔碳材料，其中還包含了因煅燒而產(chǎn)生的金屬和 /或金屬氧化物納米粒子。MOF類材料煅燒后的產(chǎn)物因具有豐富的電磁損耗機制而擁有了優(yōu)異的吸波性能和有效帶寬，因而受到了研究者的廣泛關(guān)注。

MOF衍生材料指的是以MOF為前體或模板，通過一系列后處理過程(高溫熱處理、表面修飾、化學改性等)得到的材料。MOF衍生材料的合成包括兩個步驟：設計及合成合適的MOF前體；通過特定的后處理過程，例如熱解來獲得具有特定組分、形態(tài)、結(jié)構(gòu)的目標材料。一方面，在熱解過程中可以借助金屬的催化作用得到石墨碳，從而使得到的材料具有較強的介電損耗。另一方面，磁性金屬可以賦予材料額外的磁損耗。MOF基核殼結(jié)構(gòu)吸波材料可以通過不同組分間的協(xié)同作用、增強的介電損耗、額外的磁損耗、改善的阻抗匹配及增加的界面極化損耗實現(xiàn)對電磁波的衰減。

不過，現(xiàn)有MOF衍生材料的有效吸收頻帶(有效吸收頻率范圍)普遍較窄，不能對不同電磁波進行有效的吸收。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明旨在至少解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問題之一。為此，本發(fā)明提出一種金屬有機框架/導電聚合物衍生納米材料，該材料的結(jié)構(gòu)密度低、孔隙均勻，具有豐富的電磁損耗機制，有寬的有效吸收頻帶和強的反射損耗特性，能夠很好地吸收電磁波。

本發(fā)明還提供該金屬有機框架/導電聚合物衍生納米材料的制備方法和應用。

具體地，本發(fā)明采取如下的技術(shù)方案：

本發(fā)明的第一方面是提供一種金屬有機框架/導電聚合物衍生納米材料，包括第一碳結(jié)構(gòu)、第二碳結(jié)構(gòu)和金屬單質(zhì)；

所述第一碳結(jié)構(gòu)具有網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，由導電聚苯胺熱解形成；