原位自生碳纳米线/多孔陶瓷吸波材料的制备方法

文档序号:9904169阅读:740来源:国知局
原位自生碳纳米线/多孔陶瓷吸波材料的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种陶瓷吸波材料的制备方法,特别涉及一种原位自生碳纳米线/多孔陶瓷吸波材料的制备方法。
【背景技术】
[0002]近年来,电磁波污染问题越来越严峻,人们对电磁波吸收材料的需求也随之日益增加。陶瓷吸波材料一般具有轻质、耐高温、抗热震性好等优点,主要由吸波剂和透波基体构成。Si3N4、Al203、Si02等具有优异的力学性能和较低的介电常数,常被用作透波基体。碳材料包括碳纤维、碳纳米管(CNTs)和热解碳(PyC)等是目前研究最多的高温吸波剂,关于CNTs/Si02、Si3N4-PyC复相陶瓷屏蔽与吸波性能的研究已有报道。与CNTs不同的是,碳纳米线(CNWs)具有独特的实心结构,是一种新的一维碳纳米材料。目前,研究人员已经开展了一系列相关研究工作。
[0003]文献1“申请公开号是CN102730666A的中国发明专利”公开了一种制备碳纳米线的方法。该法将特定工艺制得的小直径双壁碳纳米管在真空、氢气或氮气保护下于1200-1600°C高温下处理0.5-12h得到了 CNWs。此方法的制备温度高、时间长且工艺过程复杂。
[0004]文献2“申请公开号是CN103031599A的中国发明专利”公开了一种催化合成CNWs的方法。该法将负载了催化活性组分的单晶硅片固定在两对石墨电极之间,接通直流电流使单晶硅片迅速升温,硅片表面的催化剂及反应器内的有机溶液气化,在催化剂微粒表面裂解出碳原子,诱导CNWs生长。此方法反应时间较长,合成CNWs效率较低且需要特定的装置。
[0005]综上所述,目前对于CNWs的研究还不够深入,所采用的制备方法也大多存在制备温度高、效率低和工艺复杂等一系列问题,而对于将CNWs用作吸波剂的研究还未见资料报道。

【发明内容】

[0006]为了克服现有制备方法制备温度高的不足,本发明提供一种原位自生碳纳米线/多孔陶瓷吸波材料的制备方法。该方法采用C2H4-H2-Ar体系,通过CVD法制备多晶CNWs。用硝酸镍溶液浸渍多孔陶瓷基片,在升温过程中硝酸镍分解为镍的氧化物,保温过程中氢气将其还原为催化剂Ni颗粒,C2H4在Ni的催化作用下生长出CNWs ο由于采用CVD法沉积制备CNWs,降低了CNWs的制备温度,缩短了反应时间,提高了沉积效率。同时获得的CNWs/多孔陶瓷复相材料具有优异吸波性能,当CNWs含量为1.84wt %时,CNWs/Si3N4复相陶瓷在8.2-12.4GHz范围内反射系数低于-10dB,且最低反射系数达到-45.87dB。
[0007]本发明解决其技术问题所采用的技术方案:一种原位自生碳纳米线/多孔陶瓷吸波材料的制备方法,其特点是包括以下步骤:
[0008]步骤一、配置硝酸镍水溶液。
[0009]称取质量百分数为1-3%的硝酸镍晶体溶于质量百分数为99-97%的去离子水中,超声分散10_20min,得到Ni (NO3 )2水溶液;
[0010]步骤二、浸渍多孔陶瓷基片。
[0011]将清洗干净的多孔陶瓷基片置于步骤一配置的Ni(NO3)2水溶液中,在真空度为-
0.098?-0.09910^的条件下浸渍30-60111丨11,取出后置于100-120°(:烘箱中烘干。
[0012]步骤三、制备CNWs/多孔陶瓷吸波材料。
[0013]将步骤二获得的多孔陶瓷基片放在石英管式炉的恒温区,用机械栗除去石英管式炉内空气。在Ar的保护下以5-10°C/min的升温速率升至650-800°C,先通15-30min的H2还原Ni2+为金属Ni颗粒,后通C2H4反应10-30min,得到碳纳米线/多孔陶瓷吸波材料。其中,Ar的流量为 140-160!111/111;[11,!12的流量为140-1601111/111;[11,02114的流量为40-601111/111;[11。
[0014]本发明的有益效果是:该方法采用C2H4-H2-Ar体系,通过CVD法制备多晶CNWs。用硝酸镍溶液浸渍多孔陶瓷基片,在升温过程中硝酸镍分解为镍的氧化物,保温过程中氢气将其还原为催化剂Ni颗粒,C2H4在Ni的催化作用下生长出CNWs ο由于采用CVD法沉积制备CNWs,降低了CNWs的制备温度,缩短了反应时间,提高了沉积效率。同时获得的CNWs/多孔陶瓷复相材料具有优异吸波性能,当CNWs含量为1.84wt %时,CNWs/Si3N4复相陶瓷在8.2-12.4GHz范围内反射系数低于-10dB,且最低反射系数达到-45.87dB。经测试,CNWs的制备温度由【背景技术】的1200-1600°C降低到650-800°C,制备时间由【背景技术】的0.5-12h降低到10-30min。
[0015]下面结合附图和【具体实施方式】对本发明作详细说明。
【附图说明】
[0016]图1是本发明原位自生碳纳米线/多孔陶瓷吸波材料的制备方法的流程图。
[0017]图2是本发明方法实施例1的CVD工艺路线图。
[0018]图3是本发明方法实施例1制备的CNWs的SEM照片。
[0019]图4是本发明方法实施例1制备的CNWs的TEM照片。
[0020]图5是本发明方法实施例1制备的CNWs/Si3N4复相陶瓷的RC-频率曲线。
【具体实施方式】
[0021]以下实施例参照图1-5。
[0022]实施例1:
[0023](I)称量0.5g的Ni(NO3)2.6H20晶体,用49.5g去离子水溶解,然后放入超声清洗器中进行超声分散lOmin,得到均匀透明的绿色Ni(NO3)2水溶液。
[0024](2)将清洗干净的多孔Si3N4陶瓷片投入Ni(NO3)2水溶液中,在真空度为-0.098MPa的条件下浸渍60min,取出后置于120°C烘箱中烘干待用。
[0025](3)将(2)中陶瓷片置于管式炉恒温区,用机械栗除去管内空气。在Ar的保护下,以10°C/min的升温速率升至700°C时,先通15min H2将Ni2+还原为Ni颗粒,后通C2H4反应15min,得到了碳纳米线/多孔陶瓷吸波材料。Ar、H2和C2H4流量分别为150ml/min、150ml/min、40ml/
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[0026]测得在该条件下生成的CNWs含量为1.84wt%,CNWs/Si3N4复相陶瓷的最低反射系数为-45.87dB,在8.2-12.4GHz范围内反射系数低于_10dB。
[0027]从图1可以看出本发明方法工艺流程简单。
[0028]从图2可以看出CVD法工艺过程简单,沉积温度低、时间短、效率高。
[0029]从图3可以看出实施例1制得的CNWs直径分布均匀,呈现独特的空间网络结构。
[0030]从图4可以看出实施例1制得的CNWs外表面粗燥,有利于对电磁波的衰减。
[0031]从图5可以看出实施例1制得的CNWs/Si3N4复相陶瓷在8.2-12.4GHz范围内吸波性能优异,反射系数低于-1OdB且最低反射系数为-45.87dB。
[0032]实施例2:
[0033](I)称量Ig Ni(NO3)2.6H20晶体,用49g去离子水溶解,然后放入超声清洗器中进行超声分散15min,得到均匀透明的绿色Ni(NO3)2水溶液。
[0034](2)将清洗干净的多孔Si3N4陶瓷片投入Ni(NO3)2水溶液中,在真空度为-0.098MPa条件下浸渍40min,取出后置于100°C烘箱中烘干备用。
[0035](3)将(2)中陶瓷片置于管式炉恒温区,用机械栗除去管内空气。在Ar的保护下,以10°C/min的升温速率升至750°C时,先通20min H2将Ni2+还原为Ni颗粒,后通C2H4反应lOmin。△!?、!12和02114流量分别为1501111/111;[11、1501111/111;[11、401111/111;[11。
[0036]测得在该条件下生成的CNWs含量为4.03wt%,CNWs/Si3N4复相陶瓷的最低反射系数为-11.07dB,8.2-12.4GHz范围内反射系数低于-1OdB的频宽为1.37GHz。
[0037]实施例3:
[0038](I)称量1.5g Ni(NO3)2.6H20晶体,用48.5g去离子水溶解,然后放入超声清洗器中进行超声分散20min,得到均匀透明的绿色Ni(NO3)2水溶液。
[0039](2)将清洗干净的多孔Si3N4陶瓷片投入Ni(NO3)2水溶液中,在真空度为-0.099MPa的条件下浸渍30min,取出后置于120°C烘箱中烘干备用。
[0040](3)将(2)中陶瓷片置于管式炉恒温区,用机械栗除去管内空气。在Ar气的保护下,以10°C/min的升温速率升至800°C时,先通25min H2将Ni2+还原为Ni颗粒,后通C2H4反应SOmiruAiNife 和C2H4 流量分别为 150ml/min、150ml/min、60ml/min。
[0041 ] 实施例4:
[0042](I)称量Ig Ni(NO3)2.6H20晶体,用49g去离子水溶解,然后放入超声清洗器中进行超声分散lOmin,得到均匀透明的绿色Ni(NO3)2水溶液。
[0043](2)将清洗干净的多孔Al2O3陶瓷片投入Ni(NO3)2水溶液中,在真空度为-0.098MPa的条件下浸渍60min,取出后置于120°C烘箱中烘干备用。
[0044](3)将(2)中陶瓷片置于管式炉恒温区,用机械栗除去管内空气。在Ar气的保护下,以10°C/min的升温速率升至700°C时,先通25min H2将Ni2+还原为Ni颗粒,后通C2H4反应10!11;[11。厶!'、!12和02114流量分别为1401111/111;[11、1401111/111;[11、501111/111;[11。
[0045]实施例5:
[0046](I)称量0.5g的Ni(NO3)2.6H20晶体,用49.5g去离子水溶解,然后放入超声清洗器中进行超声分散15min,得到均匀透明的绿色Ni(NO3)2水溶液。
[0047](2)将清洗干净的多孔S12陶瓷片投入Ni(NO3)2水溶液中,在真空度为-0.098MPa的条件下浸渍40min,取出后置于100°C烘箱中烘干备用。
[0048](3)将(2)中陶瓷片置于管式炉恒温区,用机械栗除去管内空气。在Ar的保护下,以50C/min的升温速率升至650°C时,先通30min H2将Ni2+还原为Ni颗粒,后通C2H4反应30min。△!?、!12和02114流量分别为1601111/111;[11、1601111/111;[11、501111/111;[11。
【主权项】
1.一种原位自生碳纳米线/多孔陶瓷吸波材料的制备方法,其特征在于包括以下步骤: 步骤一、配置硝酸镍水溶液; 称取0.5-1.5g的硝酸镍晶体溶于49.5-48.5g的去离子水中,超声分散10_20min,得到Ni(N03)2水溶液; 步骤二、浸渍多孔陶瓷基片; 将清洗干净的多孔陶瓷基片置于步骤一配置的Ni(NO3)2水溶液中,在真空度为-0.098?-0.099MPa的条件下浸渍30-60min,取出后置于100-120°C烘箱中烘干; 步骤三、制备CNWs/多孔陶瓷吸波材料; 将步骤二获得的多孔陶瓷基片放在石英管式炉的恒温区,用机械栗除去石英管式炉内空气;在Ar的保护下以5-10°C/min的升温速率升至650-800°C,先通15-30min的H2还原Ni2+为金属Ni颗粒,后通C2H4反应10-30min,得到碳纳米线/多孔陶瓷吸波材料;其中,Ar的流量为 140-160!111/111;[11,!12的流量为140-1601111/111;[11,02114的流量为40-601111/111;[11。
【专利摘要】本发明公开了一种原位自生碳纳米线/多孔陶瓷吸波材料的制备方法,用于解决现有制备方法制备温度高的技术问题。技术方案是采用C2H4-H2-Ar体系,通过CVD法制备多晶CNWs。用硝酸镍溶液浸渍多孔陶瓷基片,在升温过程中硝酸镍分解为镍的氧化物,保温过程中氢气将其还原为催化剂Ni颗粒,C2H4在Ni的催化作用下生长出CNWs。由于采用CVD法沉积制备CNWs,CNWs的制备温度由【背景技术】的1200-1600℃降低到650-800℃,制备时间由【背景技术】的0.5-12h降低到10-30min。最终获得的CNWs/多孔陶瓷复相材料具有优异的吸波性能。
【IPC分类】C04B41/50, C01B31/02, C09K3/00, C04B41/85
【公开号】CN105670559
【申请号】CN201511018513
【发明人】殷小玮, 潘红星, 薛继梅, 成来飞, 张立同
【申请人】西北工业大学
【公开日】2016年6月15日
【申请日】2015年12月29日
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