一种宽频吸波材料及其制备方法和应用

本发明涉及微波吸收制备。更具体地，涉及一种宽频吸波材料及其制备方法和应用。

背景技术：

1、随着电子通讯技术的飞速发展，电子通讯设备的使用越来越普遍。这些电子产品在给我们带来便利的同时，其工作时产生的电磁危害也日渐凸显出来。电磁干扰不仅对电子通讯设备形成干扰，同时会对人类身体健康和自然环境产生不利影响。此外，电磁波作为传递信息的媒介，它的泄露也就意味着其所传递信息的泄露，将严重危害信息安全。目前，电磁波对信息安全、电磁兼容和生态系统等方面的危害已引起了人们的广泛关注。电磁波吸波材料通过有效损耗电磁能量实现电磁波较少反射甚至无反射，可有效降低电磁污染，防止电磁信息的泄露。电磁波吸波材料的研究，无论对国防军事、还是人们的日常生活都有着十分重大的意义。

2、吸波材料的性能和材料的阻抗有关，磁导率是影响阻抗的重要因素，通过提高吸波材料的磁导率，使得吸波材料的阻抗与自由空间的阻抗匹配，可以大幅增加电磁波的吸收和衰减。传统以磁性金属为主体的吸波材料饱和磁化强度高，表现出超强的磁损耗能力，但是往往由于金属颗粒团聚导致介电常数过高，使材料难以获得良好的阻抗匹配，同时此类传统的吸波材料在低频段存在频带较窄、厚度大、质量重、弯曲性能有限等缺点，很难满足现代设备对吸波材料的“薄、轻、宽、强”的要求。

技术实现思路

1、基于以上问题，本发明的目的在于提供一种宽频吸波材料及其制备方法和应用，以得到具有良好的阻抗匹配，实现2-18ghz频率范围内的薄、轻、宽、强的吸波性能的吸波材料。

2、一方面，本发明提供一种宽频吸波材料，所述吸波材料为核壳复合微球，其中，磁性金属微球为核，掺杂有非磁性金属颗粒的含孔碳层为壳层；所述壳层包覆在核上。

3、可以理解，所述磁性金属微球呈球状。

4、进一步地，部分所述非磁性金属颗粒掺杂在所述含孔碳层的孔隙中。

5、进一步地，所述核壳复合微球的直径为1.2-10微米。

6、进一步地，所述壳层的厚度为100-500纳米。

7、进一步地，所述非磁性金属颗粒的直径为20-100纳米。

8、进一步地，所述含孔碳层中，碳为无定型碳，且该含孔碳层的孔隙直径为40-500纳米。

9、进一步地，所述磁性金属微球与非磁性金属颗粒的质量比为1:0.002-1:0.025。示例性的，磁性金属微球与非磁性金属颗粒的质量比包括但不限于1:1.03-1.26:0.003-0.018、1:1.03-1.26:0.003-0.012、1:1.03-1.26:0.003-0.009、1:1.03-1.26:0.003-0.006、1:1.03-1.26:0.006-0.018、1:1.03-1.26:0.006-0.012、1:1.03-1.26:0.006-0.009、1:1.03-1.26:0.009-0.018、1:1.03-1.26:0.009-0.012、1:1.03-1.26:0.012-0.018、1:1.26:0.003-0.018、1:1.26:0.003-0.012、1:1.26:0.003-0.009、1:1.26:0.003-0.006、1:1.26:0.006-0.018、1:1.26:0.006-0.012、1:1.26:0.006-0.009、1:1.26:0.009-0.018、1:1.26:0.009-0.012、1:1.26:0.012-0.018、1:1.2:0.012、1:1.08:0.012、1:1.03:0.012、1:1.03-1.26:0.012等。

10、进一步地，所述磁性金属微球的材质选自钴或镍中的一种或几种。

11、进一步地，所述非磁性金属颗粒为高导电性金属颗粒。

12、进一步地，所述非磁性金属颗粒的材质选自银或铜中的一种或几种。

13、该宽频吸波材料中，同一种材质的宽频吸波材料，改变其各组分厚度、配比，可以在2-18ghz范围内调控具体的吸波频段。

14、又一方面，本发明提供如上所述的宽频吸波材料的制备方法，包括如下步骤：

15、将碳源、非磁性金属的可溶性盐与去离子水混合，再加入磁性金属微球，超声后烘干，得前驱体微球；

16、将得到的前驱体微球置于还原气氛中煅烧，得到所述宽频吸波材料。

17、进一步地，所述煅烧的温度为300-500℃，时间为1-4h。示例性的，所述煅烧的温度包括但不限于300-450℃、300-400℃、300-350℃、350-450℃、350-400℃、400-450℃等。

18、进一步地，所述煅烧的条件为：以1-5℃/min的速率升温至300-500℃，并在此温度下保温1-4h。

19、进一步地，所述碳源、非磁性金属的可溶性盐、去离子水与磁性金属微球的比例为：2-10g：0.01-0.04g：5-20ml：0.5-2g。

20、进一步地，所述碳源选自蔗糖、可溶性淀粉、葡萄糖或柠檬酸中的一种。

21、进一步地，所述非磁性金属的可溶性盐选自非磁性金属的硝酸盐。

22、进一步地，所述非磁性金属的硝酸盐选自硝酸银或硝酸铜中的一种。

23、进一步地，所述磁性金属微球为采用水热法制备得到。

24、进一步地，所述磁性金属微球的制备包括如下步骤：

25、将非磁性金属硫酸盐溶液与酒石酸钾钠充分混合，再依次加入水合肼溶液、氢氧化钠水溶液，去离子水定容，于130-180℃反应3-6h，将所得混合溶液磁分离，得到球状磁性金属前驱体；

26、将该球状磁性金属前驱体在氢气-氩气还原气氛中煅烧，得到所述磁性金属微球。

27、进一步地，所述在氢气-氩气还原气氛中煅烧的温度为600-800℃，时间为1-4h。

28、进一步地，所述在氢气-氩气还原气氛中煅烧的条件为以1-5℃/min的速率升温至600-800℃，并在此温度下保温1-4h。

29、更进一步地，所述磁性金属微球的制备包括如下步骤：

30、量取12ml金属硫酸盐溶液(1mol/l)，在快速搅拌下加入48ml酒石酸钾钠(1mol/l)，充分混合，再加入12ml水合肼溶液(80％)，最后加入40ml氢氧化钠水溶液(8mol/l)，并用去离子水将反应溶液定容至160ml，充分搅拌后转移至200ml的密封聚四氟乙烯内衬不锈钢反应釜中，于150℃反应5h，将所得混合溶液磁分离，得到球状磁性金属前驱体，再将前驱体在氢气-氩气还原气氛中煅烧，得到球状磁性金属颗粒。

31、又一方面，本发明提供如上所述的宽频吸波材料在微波吸收、催化、吸附、废水处理领域中的应用。

32、进一步地，所述宽频吸波材料可与其他成分复合加工成复合材料，应用于下列之一的材料的制备中：军事隐身领域，广播、电视发射台的电磁辐射防护，微波暗室材料，建筑吸波材料或者无线电通讯设备中的电磁屏蔽材料。其中，所述复合材料中，宽频吸波材料的含量在30-90％体积比。

33、本发明的有益效果如下：

34、本发明中提供的宽频吸波材料中，通过复合介电材料碳以及导电金属(非磁性金属)，使得其异质界面增多，在保证磁损耗的同时提高了介电损耗，优化了材料的阻抗匹配能力，同时提高了材料的填充率和抗氧化性；本发明中提供的宽频吸波材料中，壳的碳材料具有密度小、稳定性高、介电损耗性能优异等优点，将磁性金属表面包覆碳材料可以有效提高磁性金属的稳定性，降低密度，并同时增强其介电损耗能力。同时掺杂有适量非磁性金属以及整体核壳结构的设计，克服了由于无定型碳内部的自由电子较少，导电率较低，导致复合材料的电导损耗大幅减小的问题。此外，所述宽频吸波材料中，包覆层(壳层)的存在增加了材料的稳定性，同时增加了微球的电阻率，提高了复合微球的抗氧化性。

35、本发明中提供的宽频吸波材料的制备方法中，通过改变磁性金属(钴、镍)与碳源(蔗糖、可溶性淀粉、葡萄糖、柠檬酸)和导电金属(银、铜)的质量比，以及煅烧温度，可以调控复合微球的电磁参数和包覆层厚度，满足其阻抗匹配和衰减特性；此外，该制备方法所使用的主要原料为常见的含碳无机化合物、钴盐、镍盐，均为容易获得的普通化学试剂，且制备过程工艺简单、操作方便。