CF@PPy@CoFe2O4纳米复合吸波材料的制备

本发明属于纳米复合材料的制备和电磁波吸收，具体涉及到cf@ppy@cofe2o4纳米复合吸波材料及其制备方法。

背景技术：

1、随着电子科技的不断发展，以电磁波为媒介的各类产品应用逐渐增多，导致大量的电磁波充斥在我们四周。过量的电磁波会带来一系列的严重后果，不但会影响人体健康，而且对一些仪器设备的运行也会产生不利影响，因此，吸波材料的研发受到日益重视。

2、碳材料，具有来源广泛、密度小、导电性优异、耐候性及抗腐蚀性好等特点，被各领域研究人员寄予厚望，并广泛应用于电池，催化，传热等方面。作为一种高导电，耐腐蚀的介电材料，各类碳材料同样运用到了吸波领域，如石墨烯、碳纳米管等。但是随着对吸波材料研究的深入，研究人员发现碳质材料只有单一的电损耗来实现对电磁波的衰减，导致纯碳材料吸波性能无法达到预期要求，同时单纯的碳材料阻抗匹配较差，电磁波往往进入不到吸波剂内部，而在表面将其反射回去。因此将介电材料与磁性材料复合成为了开发优异电磁波吸收剂的常用思路。在众多碳材料中，碳纤维(cf)作为碳的一维材料，具有优良的导电性能和良好的柔韧性能，可以编织成碳布，从而获得优良的导电网络。

3、聚合物类吸波材料是一些共轭导电高分子材料，如聚苯胺，聚吡咯等，其分子结构含有共轭的长链结构，使得离域的π电子可以在分子链上迁移形成电流，获得良好的导电性，而高的导电性可以提高材料的电阻损耗，将入射电磁波的能量转化为热能；并且材料中含有的大量官能团可作为极化中心，为材料提供良好的极化损耗。

4、铁氧体吸波材料是指铁族元素和其他金属与氧的复合化合物，其具有较高的磁导率、稳定性以及优异的耐高温性能，并且制备工艺简单，成本较低，是一种具有广阔应用前景电磁吸波剂，常见的铁氧体吸波剂包括fe3o4、mnfe2o4、cofe2o4等。

5、将碳材料与其他材料复合是目前吸波材料研究领域的热门话题，如将介电损耗良好的sic，zno，磁损耗良好的fe3o4，cofe2o4，导电性良好的pani，ppy等与碳材料复合，可以得到多种损耗共同作用的复合吸波材料；多种物相的复合，可以形成多种界面，为复合材料提供良好的界面极化和偶极子极化；通过各类材料的添加可以调控碳材料的电磁参数，从而调控材料的阻抗匹配，使得更多的电磁波可以进入到复合材料内部。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供cf@ppy@cofe2o4纳米复合吸波材料及其制备方法。通过在碳纤维上电沉积聚吡咯(ppy)导电聚合物，并进一步修饰上具有磁损耗的磁性颗粒cofe2o4，通过多种组分结构设计实现多种损耗协同作用，调节材料的阻抗匹配，进而实现对碳纤维吸波能力的提升。以碳基材料做基体，通过合理的结构设计，在碳基体表面复合上导电聚合物和磁性颗粒，实现对样品表界面状态的调控，获得满足“薄、轻、宽、强”综合性能要求的吸波性能与吸波材料，并探究不同产物的电磁损耗机制，提出合理的理论模型，指导碳基纳米复合材料的构筑与性能优化。

2、本发明为实现上述目的采用了以下技术方案：

3、(1)cf预处理及电沉积溶液的配制；

4、将碳布(cf)裁减成2cm×2cm的小片，在1mol/l的盐酸中浸泡3h，再用去离子水反复冲洗，烘干备用。配吡咯单体浓度为0.1mol/l，氯化钠溶液浓度为1mol/l的电解液。

5、(2)cf@ppy纳米复合材料的制备(循环伏安法)

6、通过电化学工作站构建三电极体系，以铂片为对电极，处理后的碳布为工作电极，甘汞hg/hg2cl2电极为参比电极。设定电压为0-0.8v，扫描速率为10mv/s，循环圈数为90圈后，用去离子水冲洗，在60℃温度下干燥，得到cf@ppy样品。

7、(3)cf@ppy@cofe2o纳米复合材料的制备(水热法)

8、采用水热法在cf@ppy复合材料表面生长磁性cofe2o4颗粒，实验方法如下：将5mmol的六水合氯化铁(fecl3·6h2o)和2.5mmol的六水合氯化钴(cocl2·6h2o)加入到70ml的乙二醇中，搅拌30分钟使其充分溶解；再向溶液中加入7.3g无水乙酸钠，搅拌1h，移至反应釜中，加入优选的cf@ppy样品，在180℃温度下保温8h，样品取出后用去离子水冲洗，在60℃温度下烘干，得到cf@ppy@cofe2o4纳米复合材料。

9、本发明通过电沉积法和水热法成功地制备了一种cf@ppy@cofe2o4纳米复合吸波材料。本发明制备方法简单，低成本，可重复强等优点。以碳纤维为基底，通过电沉积的方法，在碳纤维上包裹聚吡咯导电高分子层，通过系统的表征和测试，优选出了聚吡咯的电沉积工艺，在0-0.8v的电压窗口下，以10mv/s的扫描速度循环90圈，所得样品具有最优的吸波性能，在优选样品的基础上，通过水热法修饰上cofe2o4纳米颗粒，成功制备了cf@ppy@cofe2o4纳米复合吸波材料，其在1.99mm的匹配厚度下，获得了-48.70db的反射损耗，并在2.06mm处下得到了6.0ghz的有效吸波宽度；提出了多重反射/散射、界面极化、诱导涡流、磁共振等协同作用下的吸波机制，建立了合理的理论模型。这为后续纳米复合材料的吸波性能研究提供了思路。

10、本发明相对于其它吸波材料具有的优点集中体现在以下几点：

11、(1)基于碳纤维、导电聚合物、磁性纳米颗粒不同损耗机制的基础上，设计并制备出多层异质结构，构筑出了无机-有机，有机-金属多种异质界面，实现介电损耗、电导损耗、磁损耗多种损耗机制的协同，并改善了材料的阻抗匹配，获得了优异的吸波性能，为高性能的多组分柔性吸波材料的发展提供了借鉴思路。

12、(2)通过改变电沉积的循环圈数，对产物的结构进行调控，获得不同厚度的产物，研究其形核-生长的机理，提出普适性的生长机制，探究形貌与多组元纳米复合材料的可控性。

13、(3)cf@ppy@cofe2o4纳米复合材料的核壳结构产生了多种异质结构，诱导界面极化现象，进一步增强了材料的电磁波衰减能力，深入探讨了cf@ppy@cofe2o4纳米复合材料的电磁波衰减机理，为纳米复合吸波材料的研究提供新思路。

技术特征：

1.cf@ppy@cofe2o4纳米复合吸波材料及其制备方法，其特征在于，采用电化学沉积法和水热法获得cf@ppy@cofe2o4纳米复合材料的主要步骤如下：

2.根据权利要求1所述的cf@ppy@cofe2o4纳米复合吸波材料及其制备方法，其特征在于：对cf首用盐酸进行预处理。

3.根据权利要求1所述的cf@ppy@cofe2o4纳米复合吸波材料及其制备方法，其特征在于：在进行水热时时，fecl3·6h2o和cocl2·6h2o的摩尔比是2:1。

4.根据权利要求1所述的cf@ppy@cofe2o4纳米复合吸波材料及其制备方法，其特征在于：电沉积结束后，要使用去离子水进行多次冲洗，除去表面电解液，防止对其污染。

技术总结
本发明公开了CF@PPy@CoFe2O4纳米复合吸波材料及其制备方法。本发明以碳纤维为基体，通过电沉积的方法在碳纤维表面沉积了一层导电聚合物PPy(聚吡咯)，并在其上面修饰了具有磁性的CoFe2O4颗粒，获得了CF@PPy@CoFe2O4纳米复合吸波材料。本发明制备方法简单，低成本，可重复强等优点。对CF@PPy@CoFe2O4纳米复合吸波材料的系统表征表明，材料优异的电磁波吸收性能主要源于多种界面拥有的大量界面极化；碳布及PPy的相互连接，构建出了导电性良好的导电网络，强化了对电磁波的衰减作用；此外，各介电材料和磁性材料的复合，使得材料获了优良的阻抗匹配效果，为柔性吸波材料的发展提供了新的角度。

技术研发人员：张猛,袁立颖,李镇江,苗渝坤,王畅,崔安国
受保护的技术使用者：青岛科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/4/22