[發明專利]一種負載空心氧化物納米盒的三維定向多孔氣凝膠及其制備方法和應用

在審

• 申請號: 202211297886.1
• 申請日: 2022-10-21
• 公開（公告）號: CN115594232A
• 公開（公告）日: 2023-01-13
• 發明（設計）人: 高玉;潘麗寧;武強;莊學恒;滿其奎
• 申請（專利權）人: 中國科學院寧波材料技術與工程研究所
• 主分類號: C01G53/00
• 分類號: C01G53/00;C01G51/00;C01B32/184;C01B32/05;H05K9/00;C09K3/00
• 代理公司: 杭州天勤知識產權代理有限公司 33224
• 代理人: 劉誠午

本發明公開了一種負載空心氧化物納米盒的三維定向多孔氣凝膠及其制備方法和應用，屬于吸波材料技術領域，該三維定向多孔氣凝膠的制備方法包括：以殼聚糖和氧化石墨烯為原料制備碳/還原氧化石墨烯氣凝膠；在碳/還原氧化石墨烯氣凝膠上負載空心結構的ZIF?67納米盒，進一步利用含M金屬離子溶液處理，干燥、退火后得到負載有空心氧化物納米盒的三維定向多孔氣凝膠；M金屬離子為Ni²⁺、Fe²⁺、Cu²⁺、Zn²⁺或Mn²⁺中的一種。該三維定向多孔氣凝膠具有三維有序的定向碳基孔道、空心氧化物納米盒和非均相碳/還原氧化石墨烯界面，能夠制備得到具有低密度、低填充比、強吸收和超寬頻吸收的吸波材料。

技術領域

本發明屬于吸波材料技術領域，具體涉及一種負載空心氧化物納米盒的三維定向多孔氣凝膠及其制備方法和應用。

背景技術

隨著電子技術在通信等領域的飛速發展，對輕質、薄層、高效、寬頻的高性能電磁波吸收材料的需求越來越大，然而，傳統單一電磁波吸收材料(如鐵氧體、磁性金屬和碳材料等)難以同時滿足強衰減和良好阻抗匹配的特點，限制了其應用范圍，多組分材料復合并結合巧妙結構設計是優化阻抗匹配、提高微波衰減能力和降低填充比的有效策略。到目前為止，具有三維多孔結構的復合材料因其較長的電磁波傳輸路徑和充分的磁電協同效應而備受關注。

設計三維多孔網狀結構，如：海綿、泡沫和氣凝膠等，不僅可以避免吸波劑的團聚，而且由于三維結構的高比表面積和豐富的孔洞，可以延長電磁波的傳播路徑。在具有三維結構的材料中，具有蜂窩狀結構的碳氣凝膠因其定向孔道結構、低密度、易加工等優點被認為是構建輕量化吸波材料的理想框架。與大多數傳統的多孔材料制備方法相比，如微乳液模板法、發泡法、反向模板法等，定向凍結法不僅能獲得高度有序的孔隙結構，而且能有效調節多孔材料的孔徑和壁厚。

公開號為CN113086965A的中國專利文獻公開了一種殼聚糖基氮摻雜碳氣凝膠吸波材料及其制備方法，包括以下步驟：將殼聚糖溶于稀醋酸溶劑中，得到殼聚糖前驅體溶液，隨后倒入冷鑄模具中進行定向冷凍，通過冷凍干燥得到殼聚糖氣凝膠，再進行碳化處理，得到殼聚糖基氮摻雜碳氣凝膠；公開號為CN106898881A的中國專利文獻公開了一種三維定向碳化硅納米線/碳吸波氣凝膠，該氣凝膠以羧甲基纖維素鈉CMC和碳化硅納米線SiCnw為原料，通過冷凍干燥法和碳化工藝來制備得到；但是上述發明公開的吸波材料組分較為單一、設計相對簡單，對于阻抗匹配優化和吸波性能提升效果有限，基于此，亟需設計一種兼具薄層、寬頻、高效、輕質的電磁波吸收劑。

發明內容

本發明提供了一種負載空心氧化物納米盒的三維定向多孔氣凝膠的制備方法，制得的氣凝膠材料中具有三維有序的定向碳基孔道、空心氧化物納米盒和非均相碳/還原氧化石墨烯界面，進一步制得的吸波材料具有超寬電磁波吸收頻帶、優異的反射損耗和極低的填充比。

具體采用的技術方案如下：

一種負載空心氧化物納米盒的三維定向多孔氣凝膠的制備方法，包括以下步驟：

(1)利用定向冷凍法制備得到殼聚糖/氧化石墨烯氣凝膠，進一步碳化后得到碳/還原氧化石墨烯氣凝膠；

(2)在碳/還原氧化石墨烯氣凝膠上負載空心結構的ZIF-67納米盒；

(3)利用含M金屬離子的溶液處理步驟(2)得到的氣凝膠，干燥、退火后得到所述的負載空心氧化物納米盒的三維定向多孔氣凝膠；

所述的M金屬離子為Ni²⁺、Fe²⁺、Cu²⁺、Zn²⁺或Mn²⁺中的一種。