一种具有宽频强吸波能力的3d二硫化钼纳米微球的制备
【专利摘要】本发明公开了一种具有宽频强吸波能力的3D二硫化钼纳米微球的制备，属于纳米微球及其制备技术领域。所述方法选取反应物钼酸钠和L?半胱氨酸溶于去离子水中，搅拌均匀后，置于反应釜中，将反应釜置于200℃烘箱中反应时间12?20h，得到3D二硫化钼纳米微球。本发明采用简单的水热法制备出具有特殊形貌的3D MoS2纳米微球，并将其与高分子材料聚偏氟乙烯进行复合，结合波导测试法，测试有机/无机纳米复合材料在高频段18?40GHz的吸波性能。本发明的制备方法具有操作简单、可重复性高的优点，所得产品结构稳定，具有宽频强吸波能力。
【专利说明】
一种具有宽频强吸波能力的3D 二硫化钼纳米微球的制备
技术领域
[0001]本发明属于纳米微球及其制备技术领域，具体涉及一种具有宽频强吸波能力的3D二硫化钼纳米微球的制备。
【背景技术】
[0002]近年来，随着各种军用及民用设备诸如雷达、卫星通信系统、家用电子产品等的大量应用，其带来的电磁辐射危害使得微波吸收材料受到人们的极大关注。电磁辐射看不见、摸不着、隐蔽深，人们不易察觉，但是它给人类及其周围环境带来了意想不到的危害。研究表明，电磁辐射不仅会干扰仪器的正常运行、导致信息泄露，还会影响我们的身体健康。目前，电磁污染已被公认为是继大气污染、水污染、固体废物污染之后的第四大污染。因此，各行各界人士都在致力于研究如何减少电磁辐射强度，防止电磁辐射污染。鉴于此，研究开发新型吸波材料成为当前热点。
[0003]纳米材料由于具有密度低、小尺寸效应以及特殊的形貌结构等优点而成为一种新型的吸波材料，然而由于测试方法的限制，目前大部分有关纳米吸波材料研究的频率范围都在2-18GHZ，为了拓宽吸波材料的应用领域，研究制备宽频吸波材料十分重要。
【发明内容】
[0004]为了解决现有技术中存在的制备路径复杂、吸波频段窄等问题，本发明采用简单的水热法制备出具有特殊形貌的3 D M ο S 2纳米微球，并将其与高分子材料聚偏氟乙烯(PVDF)进行复合，结合波导测试法，测试有机/无机纳米复合材料在高频段18-40GHZ的吸波性能。
[0005]本发明提供一种具有宽频强吸波能力的3D二硫化钼纳米微球的制备方法，所述方法选取反应物钼酸钠和L-半胱氨酸溶于去离子水中，搅拌均匀后，置于反应釜中，将反应釜置于200°C烘箱中反应时间12-20h。将所得产物洗净、烘干，得到3D 二硫化钼纳米微球。
[0006]所述钼酸钠和L-半胱氨酸的质量比为1:2。所述反应时间优选为20h。
[0007]本发明的优点或者有益效果在于:
[0008](I)操作简单；
[0009](2)可重复性高；
[0010](3)结构稳定；
[0011](4)宽频；
[0012](5)强吸波能力。
【附图说明】
[0013]图1A?图1D分别为反应时间为6h、8h、12h和20h制备得到的3D MoS2纳米微球的SEM 图;
[0014]图1E为反应时间20h制备得到的3D MoS2纳米微球的TEM图；
[0015]图2A和图2B分别为反应物质量比为1:1和1:3条件制备得到的产物图像。
[0016]图3A?3D为在18-26.5GHz频率范围内，(A)5wt% ； (B)10wt% ； (C)20wt% ； (D)30wt %含量下MoS2/PVDF复合材料在不同厚度的反射损耗图。
[0017]图4A?4D为在26.5-40GHz频率范围内，(A)5wt%； (B)10wt% ； (C)20wt% ； (D)30wt %含量下MoS2/PVDF复合材料在不同厚度的反射损耗图。
[0018]图5MoS2/PVDF纳米复合材料的吸波机理示意图。
【具体实施方式】
[0019]下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。
[0020]本发明提供一种具有宽频强吸波能力的3D二硫化钼纳米微球的制备方法，具体为:将钼酸钠和L-半胱氨酸溶于去离子水中，搅拌均匀后，置于反应釜中，将反应釜置于160?200 0C烘箱中反应12-20h ο将所得产物洗净、烘干，得到3D 二硫化钼纳米微球。
[0021 ]按照上述的方法，将0.1g钼酸钠和0.2g L-半胱氨酸溶于50ml去离子水中，搅拌均匀后，置于反应釜(10ml)中，将反应釜置于200°C烘箱中，调整反应时间分别为6h、8h、12h和20h，得到产物的SEM图分别如图1A?ID，只有反应时间为12h和20h的时候，得到的3D二硫化钼为纳米微球结构，如图1E所示的TEM图像，反应时间为20h时，3D 二硫化钼为纳米微球具有自组装的薄片结构，平均粒径约为150-200nm。
[0022]维持反应温度为200°C，反应时间为20h，调整反应物钼酸钠和L-半胱氨酸质量比例分别为1:1和1: 3，所得结果如图2A和2B所示，当反应物比例为1:1时，由于体系具有更大的反应空间，生成的纳米微球粒径更大且具有更多的分级结构；而当反应物比例为1: 3时，由于体系没有足够的反应空间使生成的纳米片自组装成纳米微球，因此产物是一堆无规则形貌的纳米片。
[0023]以反应时间为20h、反应物质量比为1:2制备得到的3D MoS2纳米微球为填料，通过简单的溶剂共混法制备出含量分别为5￥七％，10￥丨％，20￥七％和30￥丨％的]?032/^0?纳米复合薄膜，其主要步骤如下:
[0024]首先，将适量的聚偏氟乙烯(PVDF)溶于有机溶剂N，N-二甲基甲酰胺(DMF)或N，N-二甲基乙酰胺(DMAc)中，于常温下不停地搅拌；
[°°25] 其次，待溶液澄清透明后，按照质量百分比5wt%，1wt%，20wt5"^P30wt%等分别加入MoS2纳米微球，继续搅拌一段时间；
[0026]最后，将上述溶液全部倒入培养皿中，并置于烘箱中，待溶剂蒸发完全后取出，SP得到MoS2/PVDF复合材料。
[0027]随后将MoS2/PVDF复合材料放入特定模具中，先对其进行加热，待温度升到210°C后，维持5min;随后开始加压至5MPa，并保压10分钟，最后停止加热，待其降到室温后，取出方片，压出的方片有两种规格，分别为长10.60mmX宽4.20mm、长7.1OmmX宽3.50mm，厚度可调，测试过程中，分别将这两种方片放入相应的波导夹具中，随后连接网络分析仪进行相应波段(18-26.5GHz、26.5_40GHz)的吸波测试。
[0028]吸波测试结果如图3A?3D和图4A?4D所示，通过调节MoS2/PVDF复合材料中MoS2的质量百分含量，可以得到全波段高频吸波材料，在MoS2的质量百分含量1wt %的条件下，MoS2/PVDF纳米复合材料的吸波性能最好，在18-26.5GHz频率范围内，其最低反射损耗值在7.5mm厚度下能达到-46.8dB( 26.0GHz )，相当于约99.99%的电磁波能被吸收；在26.5-40GHz频率范围内，其最低反射损耗值在8.0mm厚度下能达到-33.2dB( 34.8GHz)，相当于约99.9%的电磁波能被吸收。由此可得，MoS2/PVDF纳米复合材料具有优良的宽频吸波性能。
[0029]根据所得的吸波结果，对材料的吸波机理进行了深入分析，具体涉及五大部分:
一、极化效应，主要包括偶极子极化、空间电荷极化和界面极化，这些极化机制表明电磁波射入材料以后能很快地被转化为热能而耗散掉;二、干涉相消，主要是指入射到纳米微球的薄片表面的电磁波与反射出的电磁波由于具有相同的频率而相位相反，从而发生干涉相消现象，有利于减少电磁波;三、界面散射，这是由于MoS2纳米微球和PVDF具有不同的介电常数导致的，也有利于电磁波被吸收；四、多次反射，由于MoS2纳米微球是由大量薄片自组装而成，从而导致入射的电磁波在不同的片层之间发生多次反射，延长了电磁波在材料中的传输路径，进而有利于更多的电磁波被转化为热能而耗散掉;五、协同效应，MoS2纳米微球和PVDF都有一定的吸波性能，当二者复合以后会产生协同效应，促使吸波性能得到进一步提升，如图5所示。
【主权项】
1.一种具有宽频强吸波能力的3D二硫化钼纳米微球的制备，其特征在于: 选取反应物钼酸钠和L-半胱氨酸溶于去离子水中，搅拌均匀后，置于反应釜中，将反应釜置于200°C烘箱中反应时间12-20h;将所得产物洗净、烘干，得到3D 二硫化钼纳米微球。2.根据权利要求1所述的一种具有宽频强吸波能力的3D二硫化钼纳米微球的制备，其特征在于:所述钼酸钠和L-半胱氨酸的质量比为1:2;所述反应时间为20h。3.—种具有宽频强吸波能力的3D二硫化钼纳米微球，其特征在于:3D二硫化钼为纳米微球具有自组装的薄片结构，平均粒径约为150-200nm。4.MoS2/PVDF纳米复合薄膜的制备方法，其特征在于:以反应时间为20h、反应物质量比为1: 2制备得到的3D MoS2纳米微球为填料，通过溶剂共混法制备出MoS2/PVDF纳米复合薄膜，具体步骤如下: 首先，将聚偏氟乙烯溶于有机溶剂N，N-二甲基甲酰胺或N，N-二甲基乙酰胺中，于常温下不停地搅拌； 其次，待溶液澄清透明后，按照质量百分比5wt %?30wt %加入M0S2纳米微球，继续搅拌； 最后，将上述溶液全部倒入培养皿中，并置于烘箱中，待溶剂蒸发完全后取出，即得到M0S2/PVDF复合材料。5.—种具有宽频强吸波能力的3D二硫化钼纳米微球的吸波测试方法，其特征在于:首先根据权利要求4中所述的方法制备MoS2/PVDF复合材料； 随后将MoS2/PVDF复合材料放入特定模具中，先对其进行加热，待温度升到210°C后，维持5min;随后开始加压至5MPa，并保压10分钟，最后停止加热，待其降到室温后，取出方片，将方片放入相应的波导夹具中，随后连接网络分析仪进行18-26.5GHz波段、26.5-40GHZ波段的吸波测试； 在MoS2的质量百分含量10wt%的条件下，MoS2/PVDF纳米复合材料的吸波性能最好，在18-26.5GHz频率范围内，其最低反射损耗值在7.5mm厚度下能达到-46.8dB ；在26.5-40GHz频率范围内，最低反射损耗值在8.0mm厚度下能达到-33.2dB。
【文档编号】C01G39/06GK105883921SQ201610232548
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2016年4月14日
【发明人】王广胜, 章晓娟
【申请人】北京航空航天大学