[發明專利]一種碳基復合吸波材料的制備方法和應用

在審

• 申請號: 202310274450.9
• 申請日: 2023-03-20
• 公開（公告）號: CN116285886A
• 公開（公告）日: 2023-06-23
• 發明（設計）人: 王鑫;王連軍;鄭琦;劉付勝聰;江莞
• 申請（專利權）人: 東華大學
• 主分類號: C09K3/00
• 分類號: C09K3/00;H05K9/00;H01Q17/00
• 代理公司: 上海申匯專利代理有限公司 31001
• 代理人: 翁若瑩

本發明公開了一種碳基復合吸波材料的制備方法和應用。本發明是以碳基材料為基體，通過水熱反應原位生長前驅體鐵氧簇，均勻負載鐵氧簇衍生的磁性鐵基金屬顆粒制備得到復合吸波材料；所述碳基材料為氧化石墨烯和/或羧基化碳納米管，所述前驅體鐵氧簇為[Fesubgt;15/subgt;Osubgt;6/subgt;(tea)subgt;8/subgt;Clsubgt;6/subgt;](OH)(ClOsubgt;4/subgt;)subgt;2/subgt;。本發明選取元素組分可調的鐵氧簇為新型磁性組分前驅體，利用金屬氧簇合物本征電荷屬性使其可通過靜電等弱作用力與介電材料均勻復合，從而構建介電?磁損耗型復合吸波材料。本發明制備的吸波材料對電磁波吸收強度大，吸收頻段寬，制備過程簡單，并且通過電磁仿真驗證了該吸波材料在雷達隱身領域的應用潛力。

技術領域

本發明涉及一種碳基復合吸波材料的制備方法和應用，屬于吸波材料技術領域。

背景技術

電磁波吸收材料，無論在民用領域還是軍用領域，都受到了廣泛關注。在民用領域，電磁干擾和輻射污染不僅影響電子設備正常運行，對人民生命健康也造成威脅，性能優異的吸波材料可以使電子設備和人體免受電磁波輻射的危害。在軍事領域，吸波材料是雷達隱身的關鍵技術材料，一直受到各國高度重視。隨著科學的進步，對電磁波吸收材料的要求也越來越高，研制輕質、強吸收、寬頻帶的吸波材料已迫在眉睫。

目前，將以介電損耗型的材料與磁損耗型傳統材料進行有效復合構建具有介電-磁雙重損耗機制的吸波材料是研究的熱點。鐵基材料作為磁損耗型吸波材料，通常在低頻區對電磁波有較強吸收，但其密度大且損耗機制單一，難以實現寬頻吸收。碳材料作為最常見的介電材料，不僅具有優異的電損耗特性并且密度低。同時，近年來報道的納米碳材料，如石墨烯、碳納米管等表面易改性修飾官能團，易于其他材料進行復合。因此，將碳材料與鐵基材料復合是制備輕質高性能吸波材料的有效策略，現已有大量研究者對相關的內容進行研究。在專利方面，專利公開號為CN?110964480?A的中國專利公開了一種石墨烯基磁性導熱吸波材料，通過改進的溶劑熱法將磁性材料與介電材料復合，在石墨烯表面原位生長四氧化三鐵，利用堿性調節劑和表面活性劑配合改善復合均勻性，后包覆導熱性無機納米材料，得到氧化石墨烯/四氧化三鐵/氧化鋅復合材料。該材料具有優異的吸波性能，在7.05GHz時反射損耗值最低可達-43.2dB,有效吸收帶寬為2.2GHz。除四氧化三鐵之外，鐵氧體也是常見的鐵基材料，專利授權號為CN?102876288?B的中國專利公開了一種石墨烯/鋇鐵氧體復合吸波材料的制備方法，采用環保簡單的超聲分散共混法將石墨烯分散液與鋇鐵氧體懸浮液均勻混合，后通過水熱反應和洗滌干燥得到石墨烯負載磁性顆粒鋇鐵氧體復合吸波材料，該材料在頻率為12.74GHz處，樣品厚度為2mm時，反射損耗值為-22.09dB，有效吸收帶寬為4.0GHz(11.13-15.13GHz)。在文獻方面，Shu等人采用簡單的一步溶劑熱法制備了多壁碳納米管/鋅鐵氧體(MWCNTs/ZnFe₂O₄)雜化復合材料。ZnFe₂O₄微球被固定在多壁碳納米管表面起連接作用，在復合材料中形成三維導電網絡，還通過調控微球尺寸以及多壁碳納米管長度優化了MWCNTs/ZnFe₂O₄復合材料電磁波吸收性能，在13.4GHz時其最小反射損耗值為-55.5dB，有效吸收帶寬為3.6GHz，厚度為1.5mm(參考文獻：Fabrication?of?3D?net-like?MWCNTs/ZnFe₂O₄hybrid?composites?as?high-performance?electromagnetic?waveabsorbers.Chemical?Engineering?Journal,2018,337,242-255.)。Zhang等人設計了磁性CoFe₂O₄空心顆粒修飾多壁碳納米管(MWCNTs)/還原氧化石墨烯(RGO)輕量化混合的結構。這種碳包覆還原氧化石墨烯/磁性CoFe₂O₄空心顆粒改性多壁碳納米管復合材料由于其多相復合特殊的納米結構、較多的孔隙、較高的比表面積和協同效應，填充量為20wt％時，表現出顯著的微波吸收性能，在11.6GHz時，最小反射損耗達到-46.8dB，厚度為1.6mm。同時，通過在1.2mm-4mm的范圍內調節厚度，使得材料可以在較寬的頻段范圍(4.9-18GHz)實現有效吸收(參考文獻：Preparation?and?microwave?absorption?properties?of?asphalt?carboncoated?reduced?graphene?oxide/magnetic?CoFe₂O₄?hollow?particles?modifiedmulti-wall?carbon?nanotube?composites.Journal?of?Alloys?and?Compounds,2017,723,912-921.)。