一种Ni3S2/C纳米复合吸波材料及其制备方法与流程

一种ni3s2/c纳米复合吸波材料及其制备方法
技术领域
1.本发明属于碳基吸波材料领域，涉及碳基吸波料制备技术领域，具体涉及一种ni3s2/c纳米复合吸波材料及其制备方法。


背景技术：

2.为了防止电磁辐射污染，电磁吸波材料被广泛的应用于各项领域，这对于电磁吸波材料的简单制备以及大量制备具有更高的要求。传统电磁吸波材料的制备步骤非常复杂，甚至一些传统吸波材料的合成反应必须在高温下进行。尽管使用普通的溶剂法可以在低温合成一些吸波材料，但是其反应副产物多且不环保。


技术实现要素：

3.针对现有技术中的问题，本发明提供一种ni3s2/c纳米复合吸波材料，采用熔盐法制备，具有备方法简单，制备过程环保，反应副产物少且处理步骤简单等特点。
4.为实现以上技术目的，本发明的技术方案是：
5.一种ni3s2/c纳米复合吸波材料，由ni3s2以及无定形碳所组成，具有优异的电磁吸波性能，整体呈黑色碳包覆状。
6.所述ni3s2/c纳米复合吸波材料采用熔盐法制备，具有制备步骤少，制备过程环保，后处理过程简单的特点。
7.所述ni3s2/c纳米复合吸波材料的制备方法包括如下步骤：
8.步骤1，在熔盐体系中，依次加入碳酸镍、硫化钠和葡萄糖，充分混合研磨，得到混合粉末；所述熔盐体由氯化钠和氯化钾组成，且所述氯化钠与氯化钾的质量比为1:1，所述碳酸镍与氯化钠的质量比为1:1-10，所述硫化钠与氯化钠的质量比为1:1-10，所述葡萄糖与碳酸镍的质量比为1-3:1；
9.步骤2，将混合粉末加入至石英舟内，并将石英舟放入至管式炉中，在氩气氛围下恒温反应，反应结束后冷却至室温，所述恒温反应的温度为600-800℃，恒温时间为2-4h；
10.步骤3，将冷却的石英舟取出，并将石英舟内的预处理粉末取出，加入到漏斗中分别使用去离子水和无水乙醇抽滤；所述去离子水的使用为0.15-0.2ml去离子水溶解1mg氯化钠；所述无水乙醇的使用为0.15-0.18溶解1mg氯化钠
11.步骤4，将预处理粉末干燥，即可得到具有优异电磁吸波性能的ni3s2/c纳米复合材料。
12.熔盐法合成作为一种无溶剂的合成方法，它拥有合成步骤简单，副产物少，合成过程环保等优点。熔盐可以提高反应前驱体的流动性和扩散效率，进而可以显著降低合成温度和反应时间，在一定程度上解决了传统电磁吸波材料合成难的问题。
13.碳基吸波材料具有很强的介电损耗，但是良好的电磁吸波性能取决于介电损耗和磁损耗。单一组分的材料阻抗匹配性能较差，其有效吸收带宽通常较窄。因此，本发明通过表面改性和复合成形很好的改善其电磁吸波性能，与此同时，掺入金属硫化物ni3s2可以大
大提高阻抗匹配性能，从而改善复合后的电磁吸波性能。
14.从以上描述可以看出，本发明具备以下优点：
15.1.本发明采用熔盐法制备，具有备方法简单，制备过程环保，反应副产物少且处理步骤简单等特点。
16.2.本发明纳米复合材料具有优异的电磁波吸收性能，最大吸收效能可达-69.82db，最大有效吸收频宽超过5.56ghz，兼具“薄、轻、宽、强”的特点，可广泛的应用于电磁波吸收领域。
附图说明
17.图1为本发明ni3s2/c吸波复合材料的扫描电镜示意图；
18.图2为本发明ni3s2/c吸波复合材料的透射电镜示意图，以及使用同样方法制备的ni3s2纳米材料的透射电镜示意图；
19.图3为本发明ni3s2/c吸波复合材料的拉曼光谱图；
20.图4为本发明ni3s2/c吸波复合材料x射线衍射图(xrd)；
21.图5为本发明ni3s2/c吸波复合材料的反射损耗图，以及使用同样方法制备的纯c材料的反射损耗图；
22.图6为使用同样方法制备的ni3s2纳米材料的反射损耗图。
具体实施方式
23.结合图1至图6，详细说明本发明的一个具体实施例，但不对本发明的权利要求做任何限定。
24.实施例1
25.一种ni3s2/c吸波复合材料，由ni3s2以及无定形碳所组成，且整体呈黑色碳包覆状；所述材料由熔盐法制备，具体包括：称取3gnacl，3gkcl，300mg无水nico3，300mgna2s以及2.4g葡萄糖，质量比为10：10：1：1：8，并将以上五种物质加入到研钵中充分混合研磨。研磨后将混合粉末放入石英舟中，并将石英舟放入管式炉中。在氩气氛围下，以2.5℃/min的升温速率将温度由室温升至600℃并保温3h，之后自然冷却。将冷却至室温的石英舟取出，将所得粉末加入到漏斗中按照0.175ml去离子水溶解1mg nacl的比例抽滤，再按照0.14ml无水乙醇溶解1mg nacl的比例抽滤。将所得粉末放入真空烘箱中，在100℃真空环境下干燥12h，可得到具有优异电磁吸波性能的ni3s2/c纳米复合材料。
26.实施例2
27.一种ni3s2/c吸波复合材料，由ni3s2以及无定形碳所组成，且整体呈黑色碳包覆状；所述材料由熔盐法制备，具体包括：称取3gnacl，3gkcl，3g无水nico3，3gna2s以及600mg葡萄糖，质量比为5：5：5：5：1，并将以上五种物质加入到研钵中充分混合研磨。反应温度设置为800℃，其余步骤与实施例一相同。
28.实施例3
29.一种ni3s2/c吸波复合材料，由ni3s2以及无定形碳所组成，且整体呈黑色碳包覆状；所述材料由熔盐法制备，具体包括：称取3gnacl，3gkcl，600mg无水nico3，600mgna2s以及1.2g葡萄糖，质量比为5：5：1：1：2，并将以上五种物质加入到研钵中充分混合研磨。反应温
度设置为700℃，其余步骤与实施例一相同。
30.实施例4
31.一种ni3s2/c吸波复合材料，由ni3s2以及无定形碳所组成，且整体呈黑色碳包覆状；所述材料由熔盐法制备，具体包括：称取3gnacl，3gkcl，600mg无水nico3，600mgna2s以及1.2g葡萄糖，比例为5：5：1：1：2，并将以上五种物质加入到研钵中充分混合研磨。反应温度设置为700℃，保温时间分别设置为2h、4h，其余步骤与实施例一相同。
32.实施例5
33.一种ni3s2/c吸波复合材料，由ni3s2以及无定形碳所组成，且整体呈黑色碳包覆状；所述材料由熔盐法制备，具体包括：称取3gnacl，3gkcl，600mg无水nico3，600mgna2s以及1.2g葡萄糖，比例为5：5：1：1：2，并将以上五种物质加入到研钵中充分混合研磨。反应温度设置为700℃，保温时间分别设置为3h，抽滤过程按照0.2ml去离子水溶解1mg nacl以及0.18ml无水乙醇溶解1mg nacl的比例抽滤，其余步骤与实施例一相同。
34.实施例6
35.一种ni3s2/c吸波复合材料，由ni3s2以及无定形碳所组成，且整体呈黑色碳包覆状；所述材料由熔盐法制备，具体包括：称取3gnacl，3gkcl，600mg无水nico3，600mgna2s以及1.2g葡萄糖，比例为5：5：1：1：2，并将以上五种物质加入到研钵中充分混合研磨。反应温度设置为700℃，保温时间分别设置为3h，抽滤过程按照0.15ml去离子水溶解1mg nacl以及0.12ml无水乙醇溶解1mg nacl的比例抽滤，其余步骤与实施例一相同。
36.对比例1：称取3gnacl，3gkcl，600mg无水nico3，600mgna2s，并将以上四种物质加入到研钵中充分混合研磨。研磨后将混合粉末放入石英舟中，并将石英舟放入管式炉中。在氩气氛围下，以2.5℃/min的升温速率将温度由室温升至700℃并保温3h，之后自然冷却。将冷却至室温的石英舟取出，将所得粉末加入到漏斗中按照0.175ml去离子水溶解1mg nacl的比例抽滤，再按照0.14ml无水乙醇溶解1mg nacl的比例抽滤。将所得粉末放入真空烘箱中，在100℃真空环境下干燥12h，可得到由熔盐法制备的ni3s2纳米材料，其中ni与c的比例为1：0。其与ni3s2/c纳米复合材料的tem照片对比如图2所示。其反射损耗性能与ni3s2/c纳米复合材料的反射损耗性能对比如图5所示。
37.对比例2：称取3gnacl，3gkcl，1.2g葡萄糖，并将以上三种物质加入到研钵中充分混合研磨。其余步骤与对比例一相同。其中ni与c的比例为0：1。其反射损耗性能与ni3s2/c纳米复合材料的反射损耗性能对比如图6所示。
38.性能检测
39.本发明实施例1的材料的微观形貌分别如图1，图2所示。
40.在图1及图2中，在扫描电镜下，ni3s2/c的形态呈不规则块状，具有广泛的尺寸分布，这是由于c和ni3s2之间形成了异质界面和化学键。在透射电镜下，可以更清楚的看出ni3s2主要分布在c内部，这主要和c的高添加量有关。
41.实施例1的ni3s2/c纳米复合材料的拉曼光谱和x射线衍射图分别如图3，图4所示。
42.在图3中，ni3s2/c纳米复合材料在1300cm-1
和1580cm-1
处存在典型的d带和g带。但由于ni3s2的复合，使得其与标准峰相比产生一定的偏移，并且在161cm-1
处出现一处特征峰，其对应于ni3s2的特征峰。
43.在图4中，通过熔盐法制备的ni3s2/c在2θ＝21.8
°
、31.1
°
、37.8
°
、38.3
°
、43.3
°
、
49.7
°
、50.1
°
、54.6
°
、55.2
°
和55.3
°
处显示出特征衍射峰，根据pdf卡#44-1418，对应于ni3s2的(101)、(110)、(003)、(021)、(202)、(113)、(211)、(104)、(122)和(300)晶格面。ni3s2/c的窄衍射峰表明ni3s2高度结晶。然而，与pdf卡#44-1418相比，ni3s2/c中ni3s2的(211)平面的2θ角显示出轻微的偏移，这与碳上的缺陷有关。因此，ni3s2/c的衍射峰表明c和ni3s2通过熔盐法成功复合。
44.将ni3s2/c纳米复合材料与石蜡混合均匀，石蜡占总质量80％，压入环形模具(高2.0mm、外径7.0mm、内径3.0mm)中制成样品，其电磁吸收性能如图5所示。
45.在图5中，横坐标为测试的频率范围2-18ghz，纵坐标为反射损耗(reflection loss)。纵坐标越低，表面电磁波在材料内部更多的得以损耗，其电磁吸收性能越好。当匹配厚度为2.36mm时，于2-18ghz频率范围内，反射损耗可达-69.82db；当匹配厚度为1.87mm时，有效吸收带宽可达5.56ghz。当ni3s2纳米材料厚度仅为1.96mm时，在2-18ghz频率范围内反射损耗达到-15.76db；当匹配厚度为2.23mm时，有效吸收带宽达到4.68ghz。无论是吸收带宽还是吸收强度都远低于ni3s2/c纳米复合材料，说明了磁电混合型吸波材料的电磁吸波性能更加优异。
46.保温时间分别为2h以及4h的x射线衍射图与图4基本相同，表明保温时间在2-4h范围内对产物种类无影响，仍然为ni3s2/c。
47.在图2中，ni3s2的片状结构较为明显，这与盐熔体和表面原子之间的强静电相互作用导致极性表面的表面能降低有关。然而ni3s2/c的形态呈不规则块状，这更加说明了c和ni3s2之间形成了异质界面和化学键，进而形成复合。
48.在图6中，当c材料厚度仅为1.31mm时，在2-18ghz频率范围内反射损耗达到-16.27db；当匹配厚度为1.48mm时，有效吸收带宽达到4.76ghz。无论是吸收带宽还是吸收强度都远低于ni3s2/c纳米复合材料，说明了磁电混合型吸波材料的电磁吸波性能更加优异。
49.综上所述，本发明具有以下优点：
50.本发明的ni3s2/c吸波复合材料具备优良的吸波性能，高于现在大部分报道的材料的吸波性能，同时制备步骤简单，制备过程环保，反应副产物少且容易处理。ni3s2/c吸波复合材料在与石蜡混合均匀后，在占总质量20％的用量下，当匹配厚度为2.36mm时，于2-18ghz频率范围内，反射损耗可达-69.82db；当匹配厚度为1.87mm时，有效吸收带宽可达5.56ghz。
51.可以理解的是，以上关于本发明的具体描述，仅用于说明本发明而并非受限于本发明实施例所描述的技术方案。本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或等同替换，以达到相同的技术效果；只要满足使用需要，都在本发明的保护范围之内。