纳米多孔碳/钴/氧化钴复合材料及其制备方法和应用

本发明属于吸波材料，具体涉及纳米多孔碳/钴/氧化钴复合材料及其制备方法和应用。

背景技术：

1、隐身技术是避免探测的重要手段，对高速飞行器突防能力的提升至关重要。为获得“隐身”效果，设计飞行器气动外形以减少雷达散射截面以及在蒙皮等部位采用等离子体激波或吸波材料是目前主要的可行办法，可以实现入射电磁波能量高效地转化耗散或干涉相消，进而使电磁波回波强度得以显著减弱。因而越来越多的科学研究工作已经倾向于吸波领域，采用结构/组成策略提高吸波材料隐身能力是目前飞行器隐身领域的重要前沿研究方向。

2、磁电复合损耗是电磁波在物质中的主要损耗机制之一，它结合了磁损耗和电损耗的诸多损耗特性，如电阻性损耗、磁滞损耗和阻尼损耗等。对于磁电损耗型吸波材料的吸波性能优化研究，主要侧重于材料复介电常数与复磁导率调控。其中，对于低频段雷达波吸收性能的提高，需要材料具有高的磁损耗，同时具有良好的介电常数频率响应特性。磁性纳米材料具有较高的磁饱和度和较低的矫顽力，因此具有优异的复合磁导率，可以达到高的磁损耗，并可作为潜在的微波吸收器。在过去的几十年里，出现了大量用于微波吸收的磁性基纳米材料，如磁性金属(fe,co,ni)、磁性合金(coni,feco,nife,nicu)、磁性氧化物(fe3o4,fe2o3,co3o4,nio,cofe2o4)等。但是这类材料使用时，基体填充量较高，需要与大量粘结基体共混，才能使材料内部形成连续网络结构起到吸波作用。

3、因此，如何使吸波材料在降低填料负载百分比的同时，具有优异的反射损耗和吸收带宽，做到薄、轻、宽、强，是本发明需要解决的难题。

技术实现思路

1、为了解决上述技术问题，本发明提供了一种纳米多孔碳/钴/氧化钴复合材料及其制备方法和应用，将纳米技术与磁性微粉相结合制备纳米磁性复合材料，使吸波材料能够在薄层状态下实现宽带的强吸收。

2、本发明具体是通过如下技术方案来实现的。

3、本发明的第一个目的是提供一种纳米多孔碳/钴/氧化钴复合材料的制备方法，包括以下步骤：

4、s1、将纳米多孔碳粉ncp、六次甲基四胺、柠檬酸三钠、可溶性钴盐分散在水中形成分散液，之后在85-95℃进行溶剂热反应，洗涤、干燥后，制得ncp@co前驱体；

5、s2、将s1制备的ncp@co前驱体在700-900℃热解，制得纳米多孔碳/钴/氧化钴复合材料。

6、优选的，s1中，纳米多孔碳粉ncp、六次甲基四胺、柠檬酸三钠、可溶性钴盐的质量比为70:35:7.25:150。

7、优选的，s1中，溶剂热反应的时间为6-7h。

8、优选的，s1中，可溶性钴盐为氟化钴、氯化钴、碘化钴、溴化钴、碳酸钴、硫酸钴、草酸钴、醋酸钴、六水合硝酸钴。

9、优选的，s1中，反应结束后，用水和无水乙醇洗涤产物。

10、优选的，s2中，热解时间为2h。

11、优选的，s2中，升温速率为5℃/min，保温结束后，以降温速率为5℃每分钟降到400℃以后自然冷却至室温。

12、本发明的第二个目的是提供由上述制备方法制得的纳米多孔碳/钴/氧化钴复合材料。

13、本发明的第三个目的是提供上述纳米多孔碳/钴/氧化钴复合材料在吸波材料领域中的应用。

14、本发明与现有技术相比具有如下有益效果：

15、本发明的目的在于，降低填料负载百分比的同时，使吸波材料具有优异的反射损耗和吸收带宽，为此通过以下几个方面协同作用实现：

16、本发明首次通过使用纳米多孔碳粉(ncp)为基底进行修饰，通过简单的热溶剂、热解工艺制备得到纳米多孔碳/钴/氧化钴(ncp/co/coo)复合吸波材料，利用了纳米多孔碳基体介电损耗以及钴/氧化钴纳米颗粒磁损耗，结合了多重损耗机制，一方面ncp的蜂窝状结构可以实现磁性纳米粒子的均匀负载，使金属纳米粒子限制在孔洞里，不易团聚，有利于提高材料的匹配，另一方面ncp/co/coo复合材料的高比表面积和高孔隙率提供界面极化和偶极极化的同时，可以有效降低吸波剂的填充含量(仅为5wt％)。

17、本发明通过上述策略获得的ncp/co/coo纳米复合吸波材料在吸收带宽和吸收强度性能方面表现优异：其中，900℃得到的ncp/co-900样品阻抗匹配良好，吸波性能表现优异，可对x波段进行有效吸收，匹配厚度d＝2.5mm时，rlmin＝-52.84db，eab＝3.8ghz(8.6 -12.4ghz)，覆盖x波段85％。另外，ncp/co/coo复合材料优异的热稳定性，在高温吸波领域具有巨大的应用潜力。

18、本发明提供了一种简单的实验合成方案，该方法也可用于其它钴金属盐制备高性能吸波剂。

技术特征：

1.纳米多孔碳/钴/氧化钴复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，s1中，溶剂热反应的时间为6-7h。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，s1中，可溶性钴盐为氟化钴、氯化钴、碘化钴、溴化钴、碳酸钴、硫酸钴、草酸钴、醋酸钴、六水合硝酸钴中的一种。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，s1中，纳米多孔碳粉、六次甲基四胺、柠檬酸三钠、可溶性钴盐的质量比为70:35:7.25:150。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，s1中，反应结束后，用水和无水乙醇洗涤产物。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，s2中，热解时间为2h。

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，s2中，升温速率为5℃/min，保温结束后，以降温速率为5℃每分钟降到400℃以后自然冷却至室温。

8.根据权利要求1-7任一项所述的制备方法制得的纳米多孔碳/钴/氧化钴复合材料。

9.根据权利要求8所述的纳米多孔碳/钴/氧化钴复合材料在吸波材料领域中的应用。

技术总结
本发明属于吸波材料技术领域，具体涉及纳米多孔碳/钴/氧化钴复合材料及其制备方法和应用，包括以下步骤：S1、将纳米多孔碳粉、六次甲基四胺、柠檬酸三钠、可溶性钴盐分散在水中形成分散液，之后在85‑95℃进行溶剂热反应，洗涤、干燥后，制得NCP/Co前驱体；S2、将S1制备的NCP@Co前驱体在700‑900℃热解，制得纳米多孔碳/钴/氧化钴复合材料；本发明利用纳米多孔碳基体介电损耗以及钴/氧化钴纳米颗粒磁损耗，结合多重损耗机制，纳米多孔碳/钴/氧化钴纳米复合吸波材料在吸收带宽和吸收强度性能方面表现优异。

技术研发人员：梁瑾,王炯辉,孔杰,李春炜,王斌,李宗乘,曹鑫
受保护的技术使用者：西北工业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/11