一种镍硼掺杂钴基片层碳吸波材料及其制备方法

本发明属于电磁波吸收材料，具体涉及一种镍硼掺杂钴基片层碳吸波材料及其制备方法。

背景技术：

1、随着通信技术的的快速发展和电子设备的日益增长，不可避免地产生了严重的电磁波(emw)污染问题，包括对人类身体健康的危害、对工业生产以及对国家军事安全领域的潜在威胁。而电磁波吸收材料是一种有效解决电磁波污染的手段之一。

2、理想的电磁波吸收材料应该具有质量轻、带宽宽、吸收强和匹配厚度薄等特点。从电磁波衰减机制来看，电磁波吸收材料一般可以分为导电材料(主要为碳材料，如碳纳米管、石墨烯等)、介电材料(如无机陶瓷、半导体等)及磁性材料(如磁性金属、铁氧体等)。为了克服单一组分电磁波吸收材料的高密度、阻抗失配及低衰减能力，多组分的设计和配置策略已成为必须的选择。金属有机框架(mof)由金属离子和有机配体组成，具有的高孔隙率、化学可调性和可调拓扑微观结构等特点，使其成为合成微波吸收材料很有前途的候选者。

3、另一方面，设计mof衍生物的元件和纳米结构，特别是二维结构，可以有效地增强阻抗匹配和电磁波衰减，如二维mof衍生的金属层状双氢氧化物(ldh)和碳纳米片。ldh作为一类新型的二维杂化多孔材料，近年来受到越来越多的关注。ldh的可设计框架结构可以使用过渡金属离子和嵌入的阴离子模块化地构建。ldh可以制备为二元、三元和其他金属物种的组合，广泛用于催化、生物技术、电化学和超级电容器。

4、山东大学曾志辉等人制备了由可调节的金属离子(zn,cu,co,ni)和六羟基苯并菲(hhtp)配体组成的棒状导电mof，获得了可调节的介电性能，对电磁波实现可定制的吸收。在2.9mm下的最小放射损耗达到-63.55db,最大有效吸收带宽为5.2ghz。此方法通过控制mof的中心金属离子来控制材料的介电能力，从而影响材料的电磁波吸收性能，但制备过程复杂且时间较长，调控不灵活，不能大规模生产。

5、在申请号为“202211051932.x”的文件中，公开的“一种铁镍合金-氮掺杂碳吸波材料的制备方法”是将九水硝酸铁和六水硝酸镍加入到蒸馏水中，搅拌至完全溶解，得到铁镍混合溶液，在搅拌条件下，将铁镍混合溶液滴加到氢氧化钾溶液中，滴加完成后，水热反应得到nife2o4；再用多巴胺(pda)包覆处理，最后在氮气氛围下升温进行煅烧后即得最终产品。其存在的问题是：经过pda包覆处理解决了高温下材料内部结构的崩塌，改善了吸波性能，但是最大反射损失和阻抗匹配不佳，而且产量不高。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种镍硼掺杂钴基片层碳吸波材料及其制备方法，以解决现有技术中存在的制备过程复杂且时间较长，调控不灵活，不能大规模生产，以及最大反射损失和阻抗匹配不佳，产量低的问题。

2、为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是，一种镍硼掺杂钴基片层碳吸波材料及其制备方法，具体操作步骤如下：

3、(1)将kbh(mim)3、均苯三甲酸、钴盐和2-咪唑烷酮混合在乙醇和n,n-二甲基甲酰胺(dmf)中形成混合溶液，其中dmf和乙醇的体积比为1:1；将混合溶液充分搅拌，转移至玻璃瓶容器中，再将容器置于鼓风干燥箱中，升温至80℃，反应72小时，反应结束后冷却至室温，乙醇洗涤、过滤、真空干燥，获得粉红色前驱体粉末a。

4、(2)将粉末a和六水合硝酸镍加入到乙醇溶液中，在室温下搅拌反应，反应结束后离心过滤，洗涤、干燥，得到固体产物，干燥后得到浅粉色粉末b。

5、(3)在氮气环境下，将粉末b放入瓷舟，置于管式炉中，进行高温热解处理，最后冷却至室温得到黑色粉末c。

6、进一步的，上述步骤(1)中，所述的钴盐是六水硝酸钴、氯化钴、硫酸钴或碳酸钴。

7、进一步的，上述步骤(1)中，所述的搅拌时间为2-6小时。

8、进一步的，上述步骤(2)中，所述的粉末a和六水合硝酸镍的质量比为1：2。

9、进一步的，上述步骤(2)中，所述搅拌反应时间为20-80分钟。

10、进一步的，上述步骤(2)中，所述的洗涤采用无水乙醇或去离子水。

11、进一步的，上述步骤(2)中，所述的干燥为真空干燥，温度为60-80℃，时间为10-24小时。

12、进一步的，上述步骤(3)中，所示的管式炉升温速率为8℃/min，煅烧温度为600-1000℃，煅烧时间为2小时。

13、进一步的，上述制备方法制得的一种镍硼掺杂钴基片层碳吸波材料。

14、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

15、1、本发明首先通过对钴基硼咪唑框架进行化学刻蚀，可获得二维片层状材料，片层状结构可有效提高电磁波在材料内部的多重吸收和折射，增强材料的阻抗匹配能力；然后对镍离子掺杂的二维片层状材料进行碳化热解处理，形成多孔碳材料，其中在高温还原条件下形成的钴镍合金，可有效增强材料的磁损耗能力和导电能力，实现电磁波吸收性能的稳步提升。

16、2、本发明提供的镍硼掺杂钴基片层碳材料，结合化学氧化刻蚀和高温热解还原，形成了多孔碳材料，优化了阻抗匹配，提高了导电和磁的损耗能力，得到优异电磁波吸收能力。用该材料进行电磁波吸收性能的测试，表现出极强的反射损耗。材料的最小反射损耗值达到了-60.1db，有效吸收带宽为6.24ghz。

17、3、本发明制备方法简单，易于大量合成，适于工业化大规模生产的需要，为电磁波吸收材料提供了一种简便的工艺路线。

技术特征：

1.一种镍硼掺杂钴基片层碳吸波材料的制备方法，其特征在于，具体操作步骤如下：

2.根据权利要求1所述的一种镍硼掺杂钴基片层碳吸波材料的制备方法，其特征在于，步骤（1）所述钴盐为六水合硝酸钴、氯化钴、硫酸钴或碳酸钴。

3.根据权利要求1或2所述的一种镍硼掺杂钴基片层碳吸波材料的制备方法，其特征在于，步骤（1）所述搅拌时间为2-6小时。

4.根据权利要求3所述的一种镍硼掺杂钴基片层碳吸波材料的制备方法，其特征在于，步骤（2）所述的粉末a和六水合硝酸镍的质量比为1：2。

5.根据权利要求4所述的一种镍硼掺杂钴基片层碳吸波材料的制备方法，其特征在于，步骤（2）所述搅拌反应时间为20-80分钟。

6.根据权利要求5所述的一种镍硼掺杂钴基片层碳吸波材料的制备方法，其特征在于，步骤（2）所述的洗涤采用乙醇或去离子水。

7.根据权利要求6所述的一种镍硼掺杂钴基片层碳吸波材料的制备方法，其特征在于，步骤（2）所述真空干燥温度为60-80℃，时间为10-24小时。

8.根据权利要求7所述的一种镍硼掺杂钴基片层碳吸波材料的制备方法，其特征在于，步骤（3）所述的管式炉升温速率为8℃/min，煅烧温度为600-1000℃，煅烧时间为2小时。

9.根据权利要求1所述的制备方法制得的一种镍硼掺杂钴基片层碳吸波材料。

技术总结
本发明属于电磁波吸收材料技术领域，具体涉及一种镍硼掺杂钴基片层碳吸波材料及其制备方法。本发明利用前驱体钴基硼咪唑框架为模板，通过掺杂镍离子进行化学氧化刻蚀过程，形成二维片层状的层状双氢氧化物（LDH）；再对其进行高温还原，得到镍硼掺杂钴基片层碳材料。该材料利用二维材料独有的特性使其具有较大的阻抗匹配来让电磁波大幅度进入吸收体，再通过材料优异的介电极化和磁耦合对进入吸收体的电磁波进行衰减。该材料的最小反射损耗值达到了‑60.1 dB，最大有效吸收带宽为6.24 GHz，使其具有优异的电磁波吸收能力；本发明制备方法简单，且易于大量合成。

技术研发人员：黄文欢,宋明,王维,康祎璠,刘潼,崔沛玉
受保护的技术使用者：陕西科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/5/8