一种银耳衍生轻质分层多孔碳质吸波材料的制备方法

本发明属于电磁吸收屏蔽技术领域，涉及溶胀发泡调控碳材料结构影响电磁性能，尤其涉及一种银耳衍生轻质分层多孔碳质吸波材料的制备方法。

背景技术：

电子技术的迅速发展给人类的生活带来了极大的方便。但是，过度使用电子设备会造成严重的电磁波污染，如电磁辐射和电磁干扰，对人体健康和精密设备的运行有害。为了减少和解决这些问题，制造了电磁吸收材料来耗散电磁波。电磁吸收材料一般要求吸收频带宽、吸收特性强、厚度薄、重量轻、环保、易获得。

近几十年来，碳基材料因其优异的性能、低密度和良好的环境稳定性在电磁吸收领域受到越来越多的关注。迄今为止，人们尝试了多种方法制备具有特殊形貌的碳材料，如纳米碳纳米颗粒、泡沫碳、碳纳米管、石墨烯和碳基复合材料。这些碳材料的制备存在许多限制，阻碍其适应吸收材料工业。制备这些碳材料的缺点是制备成本高、制备工艺复杂、非本征结构。这些缺点使得很少有新的碳材料被研究出来进行商业销售。因此，寻找一种成本低、制备工艺简单的碳材料具有非常重要的意义。

已有研究表明，生物质材料可以通过碳化过程转化为碳材料。更重要的是，生物质材料具有显著的可持续性、环境友好性、低成本，且制备工艺简单。现有的生物质衍生材料大多是需要造孔剂活化或用强酸或强碱清洗。然而，利用天然生物质合成具有特殊结构的多孔碳，用于电磁吸收的研究却很少。在自然界中，许多生物质具有一些独特而固有的结构，用传统的制备方法几乎无法保留。一些结构，如纳米针，层次多孔，有利于高电磁性能时，用于处理电磁辐射。因此，合理有效地利用生物质的特殊结构是未来制备吸波材料的重要目标。

技术实现要素：

针对现有生物质吸收材料存在的吸收强度小、制备过程中需要造孔剂和强酸强碱洗涤对环境不友好、成本较高等缺点，本发明的目的旨在提供一种银耳衍生轻质分层多孔碳质吸波材料的制备方法。以资源丰富、成本低廉的银耳为碳材料的前驱体，利用银耳本身具有层次和多孔结构，通过冷冻干燥和一步碳化来制备轻质分层多孔碳质吸波材料。通过简单地控制银耳的溶胀率，可以同时实现孔结构和层状结构等微观结构的调控。利用冷冻干燥技术可以保留银耳固有的层次结构和纳米孔结构。制备的轻质分层多孔碳质吸波材料吸波性能强、成本较低廉、工艺简单、无毒环保。

为达到上述目的，本发明采用如下的技术方案。

本发明提供的银耳衍生轻质分层多孔碳质吸波材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)以质量份计将10份银耳加入至5～100份水，之后在静置发泡条件下，待充分溶胀后，置于水热反应釜中，在温度90～200℃下反应6～24h，反应完成后对产物进行冷冻干燥，所得固体为溶胀发泡产物；

(2)在步骤(1)所得溶胀发泡产物进行碳化处理，在保护气氛下，以1～10℃/min的升温速率，升温到400～800℃，并保温1～5h，随炉冷却得到轻质分层多孔碳质吸波材料。

本发明提供的银耳衍生分级多孔碳质电磁吸收材料及其制备方法具有以下有益效果：

(1)本发明使用银耳为主要原料制备电磁吸收屏蔽材料，来源丰富，成本低廉，蛋白含量高。拓宽了银耳的利用价值，因此本发明具有显著的社会和经济价值。

(2)本发明通过溶胀发泡的控制，利用发泡性能形成孔结构，同时利用蛋白质在溶胀过程产生的自然杂化，从而大大增强电磁吸收损耗中的偶极子极化。

(3)本发明利用许多生物体具有一些独特而固有的结构，不需要外加造孔剂，工艺简单，易于产业化，其制备的吸波材料，吸波性能优异，无毒环保，且内部孔结构均匀。

与现有的报道的吸波材料相比，首次使用溶胀发泡调控电磁吸收性能。本发明制备得到的银耳衍生轻质分层多孔碳质吸波材料性能的提升是界面极化损耗和介电损耗起主要作用。合适的孔体积提供良好的阻抗匹配，为更多电磁波进入吸波材料提供重要前提保证。另外，本发明制备方法具有原材料广泛、成本低、工艺简单以及环境友好等优点。

附图说明

图1(a),(b),(c),(d)是本发明实施例1,2,3,4制得的银耳衍生轻质分层多孔碳质吸波材料的扫描电镜图；图1(e),(f),(g),(h)是本发明实施例3制得的银耳衍生轻质分层多孔碳质吸波材料的透射电镜图；

图2是本发明实施例1例2例3例4制得的银耳衍生轻质分层多孔碳质吸波材料的拉曼光谱图。

图3是本发明实施例3制得的银耳衍生轻质分层多孔碳质吸波材料的x射线衍射图

图4案例1、案例2、案例3和案例4分别是本发明实施例1例2例3例4制得的银耳衍生轻质分层多孔碳质吸波材料的反射损耗谱图。

具体实施方式

为了使本发明目的、技术方案更加清楚明白，下面结合附图，对本发明作进一步详细说明。

本发明将银耳加入到水中溶胀发泡，而后放于高压反应釜中水热，反应完全后自然冷却至室温；将产物冷冻干燥，而后将冷冻干燥产物于管式炉中高温处理，随后将高温处理后即可得吸波材料。本发明以银耳为前驱体，具有制备工艺简单，副产物无污染等优点。同时，银耳所具有的天然层状结构为多孔碳材料的制备提供优势，并且通过简单地控制膨胀率，可以同时实现多孔碳材料微观结构的调控。这种特殊的结构提升了吸波材料性能。本发明的制备方法具有原材料广泛、制备过程绿色环保、成本低等优点，且采用本发明方法制备的具有较好的阻抗匹配和电磁衰减能力。

实施例1：

一种银耳衍生轻质分层多孔碳质吸波材料的制备方法，包括如下步骤：

步骤1，分别称取4g银耳加入40ml水中，溶胀发泡；

步骤2，将步骤1所得溶液转移至高压反应釜中，进行水热反应，反应所需温度为125℃，反应时间为24h；

步骤3，待步骤2所述反应结束后，得到淡黄色溶液冷冻干燥；

步骤4，待步骤3冻干完成后，置于管式炉中氮气环境下升温至750度，保温1h；

步骤5，待管式炉冷却至室温后，可得所需产物。

实施例2：

一种银耳衍生轻质分层多孔碳质吸波材料的制备方法，包括如下步骤：

步骤1，分别称取8g银耳加入45ml水中，溶胀发泡；

步骤2，将步骤1所得溶液转移至高压反应釜中，进行水热反应，反应所需温度为125℃，反应时间为24h；

步骤3，待步骤2所述反应结束后，得到淡黄色溶液冷冻干燥；

步骤4，待步骤3冻干完成后，置于管式炉中氮气环境下升温至750度，保温1h；

步骤5，待管式炉冷却至室温后，可得所需产物。

实施例3：

一种银耳衍生轻质分层多孔碳质吸波材料的制备方法，包括如下步骤：

步骤1，分别称取12g银耳加入40ml水中，溶胀发泡；

步骤2，将步骤1所得溶液转移至高压反应釜中，进行水热反应，反应所需温度为125℃，反应时间为24h；

步骤3，待步骤2所述反应结束后，得到淡黄色溶液冷冻干燥；

步骤4，待步骤3冻干完成后，置于管式炉中氮气环境下升温至750度，保温1h；

步骤5，待管式炉冷却至室温后，可得所需产物。

实施例4：

一种银耳衍生轻质分层多孔碳质吸波材料的制备方法，包括如下步骤：

步骤1，分别称取16g银耳加入40ml水中，溶胀发泡；

步骤2，将步骤1所得溶液转移至高压反应釜中，进行水热反应，反应所需温度为125℃，反应时间为24h；

步骤3，待步骤2所述反应结束后，得到淡黄色溶液冷冻干燥；

步骤4，待步骤3冻干完成后，置于管式炉中氩气环境下升温至750度，保温1h；

步骤5，待管式炉冷却至室温后，可得所需产物。

实施例5：

一种银耳衍生轻质分层多孔碳质吸波材料的制备方法，包括如下步骤：

步骤1，分别称取12g银耳加入40ml水中，溶胀发泡；

步骤2，将步骤1所得溶液转移至高压反应釜中，进行水热反应，反应所需温度为125℃，反应时间为24h；

步骤3，待步骤2所述反应结束后，得到淡黄色溶液冷冻干燥；

步骤4，待步骤3冻干完成后，置于管式炉中氮气环境下升温至700度，保温1h；

步骤5，待管式炉冷却至室温后，可得所需产物。

图1(a),(b),(c),(d)分别为实施案例1案例2案例3案例4的银耳衍生轻质分层多孔碳质吸波材料的sem图，从图1中可以看出碳材料在适合溶胀发泡条件下孔径大小在20-30nm,呈现层状结构，并且纳米孔分布相对均匀。此外，图1(e),(f),(j),(h)在高倍透射扫描电镜图片中发现石墨的晶格条纹厚度0.203nm对应(101)晶面，说明碳材料的具有一定石墨结构。

图2分别为实施案例1～4的拉曼光谱图。所有样品均在1350和1590cm^-1出现峰，分别对应碳的d和g峰。随着溶胀程度的变化，材料的石墨化程度有所变化。

图3分别为实施案例3的x射线衍射图，从xrd图上可以看出样品24.3°，44.1°均出现衍射峰。

图4分别是实施案例1～4的经反射损耗公式计算的石蜡负载量为70％的反射损耗谱图。由图中可以看出，实施案例2所得的样品在1.8mm处最大反射损耗为-38.25db；实施案例3所得的样品在1.7mm处最大反射损耗为-48.57db；实施案例4在1.7mm处最大反射损耗为-39.63db。四个实施案例之间的差异最主要的原因是溶胀发泡程度的改变，材料的介电损耗会有一定的改善，随即最大反射损耗所对应的厚度减小。

综上，银耳衍生轻质分层多孔碳质吸波材料，随溶胀调控能显著调控材料的电磁吸波性能。显然，上述实施例仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而这些属于本发明的精神所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。