[發明專利]一種磁性/碳復合材料及其制備方法和在電磁波吸收中的應用

在審

• 申請號: 202210854852.1
• 申請日: 2022-07-20
• 公開（公告）號: CN115460897A
• 公開（公告）日: 2022-12-09
• 發明（設計）人: 王濤;曲宏嬌;郁星宇;潘俊杰;徐蕓蕓;夏雨嬌;張騰飛;黃現禮;何建平
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: H05K9/00
• 分類號: H05K9/00;B22F1/054;B22F1/16;B22F9/16;B82Y25/00;B82Y40/00
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務所 32237
• 代理人: 周寧

本發明公開了一種磁性/碳復合材料及其制備方法和在電磁波吸收中的應用，屬于隱身材料領域，本發明磁性/碳復合材料通過共沉淀和一步熱處理法直接制備而成，其合金成分的種類和含量可通過引入金屬離子濃度控制。該復合材料制備過程簡單，產量大，造價低，密度小等優點，將其壓制成環，測試對電磁波的吸收性能。由于多合金成分的存在，可以提高材料的極化損耗和磁損耗，優化阻抗匹配和提升衰減能力，從而增強了材料的反射損耗和擴寬了有效吸收帶寬，獲得優異的電磁波吸收性能。

技術領域

本發明屬于隱身材料技術領域，特別涉及一種磁性/碳復合材料及其制備方法和在電磁波吸收中的應用。

背景技術

隨著科學技術的發展，通信工具、醫療器械、軍事裝備等電子產品不斷優化。這些電子設備給當代社會帶來了極大便利的同時，它們的功率也呈指數增長，地面上的電磁輻射也大大增強，使得人類的生活環境中充斥著大量的電磁輻射源。因此，電磁污染已成為繼水污染和大氣污染之后的主要污染之一。一方面，過度的電磁輻射會導致電子儀器的老化和失效。另一方面，它對人類的生命和健康有著巨大的危害。因此，減少電磁輻射，建設安全的環境成為首要課題，更重要的是需要研究損耗強、帶寬寬、密度低、厚度薄的吸收體。

石墨烯、碳纖維、碳納米管、碳氣凝膠等材料作為理想介電材料，具有復介電常數高、密度低、穩定性好等特點。同時，磁性材料，如磁性金屬和金屬氧化物，由于其高的復合磁導率和較薄的厚度而得到了廣泛的研究。然而，磁顆粒的團聚和高密度是阻礙其廣泛應用的主要問題。因此，兼具介電損耗和磁損耗的磁性金屬/碳復合材料引起了研究者們的注意。其中，金屬有機框架材料作為碳基復合材料前驅體具有形貌可控、成分可調等優點。重要的是，通過改變金屬類型可以構建多金屬的金屬有機框架材料，熱解后生成金屬合金，從而增強極化損耗和磁損耗。此外，由于配體和金屬離子的周期性排列，碳化后金屬顆粒均勻分散在碳中，盡可能抑制團聚。這些都有利于提高微波吸收性能。然而，高導電損耗和低含磁量不利于阻抗匹配的優化，這是金屬有機框架材料衍生型吸波材料面臨的主要問題。因此，普魯士藍及其類似物作為金屬有機框架材料具有其優點。此外，由于配體中含有豐富的金屬離子，類普魯士藍材料的金屬含量較高，使其碳化后電導率低，磁損耗容量增強。這也是該材料受到研究者關注的一個重要原因。因此，以類普魯士藍為前驅體，通過高溫碳化可以制備出兼具介損和磁損、阻抗匹配特性良好的金屬合金/碳復合材料。

發明內容

本發明提供了一種磁性/碳復合材料及其制備方法和在電磁波吸收中的應用，制備得到的磁性/碳復合材料不僅制備方法簡單，產量高且造價低，還具有多種金屬合金成分，增強材料的界面極化損耗和磁損耗；同時由于小顆粒形貌促進電磁波的衍射和散射，延長衰減過程，獲得優異的電磁波吸收性能。

為實現上述目的，本發明采用以下技術方案：

一種磁性/碳復合材料，所述材料為納米多孔網絡，所述材料中碳包裹金屬合金(NiFe/CoFe)，所述金屬合金顆粒尺寸為10~100 nm，同時金屬合金催化碳成分，形成碳納米管；多金屬合金及碳成分相互作用，形成界面，增強界面極化損耗，同時也提高了材料的磁損耗能力，從而促進了電磁波的衰減，優化阻抗匹配特性。

一種磁性/碳復合材料的制備方法，包括以下步驟：

1）將CoCl₂·6H₂O和NiCl₂·6H₂O按一定比例的摩爾比溶于蒸餾水中，并加入一定量的檸檬酸三鈉；

2）將一定量的鐵氰化鉀溶于蒸餾水中；

3）將步驟2）中的溶液在攪拌的過程中按一定的速度加入到步驟1）的溶液中，攪拌均勻，靜置一定時間后，離心清洗并干燥收集；

4）將步驟3）中的前驅體在氮氣氛圍下進行500~700℃的熱處理，升溫速率為1~5℃/min，時間為2 h，得到多合金成分的磁性/碳復合材料。