一種多孔鎳-碳納米復(fù)合微球電磁波吸收材料及其制備方法與應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及到一種多孔鎳-碳納米復(fù)合微球電磁波吸收材料及其制備方法與應(yīng)用，屬于電磁波吸收材料技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]磁損失、介電損失和導(dǎo)電損失材料均可以用來(lái)作為電磁波吸收體，而磁損失材料成為當(dāng)前研究的熱點(diǎn)，因?yàn)閺乃梢灾苽涑龈〉碾姶挪ㄎ阵w。對(duì)于磁性電磁波吸收材料，材料的磁導(dǎo)率和介電常數(shù)決定了它的吸收性能。作為傳統(tǒng)的磁性電磁波吸收材料，鐵氧體具有強(qiáng)磁性和低導(dǎo)電率，已經(jīng)得到人們廣泛的研究和關(guān)注。但由于材料本身的Snoek局限性，鐵氧體適用于低于GHz的頻率范圍。在高頻率的GHz范圍內(nèi)，由于磁導(dǎo)率急劇減小，鐵氧體在高頻率范圍中的吸收性能大大降低，導(dǎo)致其吸收層的厚度增加。為此有改進(jìn)的例子，如〇~1039782284公開了一種納米錳鐵氧體電磁波吸收材料，達(dá)到的吸收頻寬達(dá)到3.66取，且最大吸收強(qiáng)度達(dá)到了 _29dB。
[0003]金屬磁體具有很高的飽和磁化率，它的Snoek局限性在很高的頻率范圍，即使在高頻的范圍中它的磁導(dǎo)率還能保持很高，因而就能制備出更薄、更輕質(zhì)、適用頻率范圍更加寬的電磁波吸收材料。但是當(dāng)金屬磁體用于電磁波吸收材料時(shí)也存在一個(gè)嚴(yán)重的問(wèn)題，通常它們有很高的導(dǎo)電率，在電磁波環(huán)境中產(chǎn)生的渦流損失可以使材料的磁導(dǎo)率減小，從而嚴(yán)重影響材料的吸收性能。
[0004]單純的鎳納米材料的電磁波吸收性能受到阻抗匹配等條件的限制，其吸收性能一般。例如:質(zhì)量分?jǐn)?shù)為75%的鎳納米線與石蠟的復(fù)合材料在2-18GHZ頻率范圍內(nèi)具有電磁波吸收，但吸收強(qiáng)度較弱，當(dāng)吸收層厚度為2mm時(shí)，其最大的吸收強(qiáng)度僅為-19dB(分貝)，參見文獻(xiàn):J.Appl.Phys.105,053911(2009)。這主要?dú)w因于鎳納米線的線狀結(jié)構(gòu)，使得材料分散度低，在石蠟復(fù)合材料中相互交聯(lián)形成導(dǎo)電的網(wǎng)絡(luò)，在電磁波環(huán)境中產(chǎn)生較大的渦流損失，降低了磁導(dǎo)率;另外，缺少介電損耗材料致使阻抗匹配條件較差，導(dǎo)致材料的電磁波吸收強(qiáng)度較弱。為了減少渦流損失，人們嘗試將納米金屬磁體顆粒均勻分布在非導(dǎo)體介質(zhì)中或者在磁體顆粒的表面包裹一層非導(dǎo)電薄膜用來(lái)抑制渦流損失。例如
[0005]CN102627945A提供一種磁性納米材料-石墨烯復(fù)合體，化學(xué)式為h-Ni/GN，其制備方法包括:a)將氧化石墨溶于2-吡咯烷酮，得到棕色溶液;b)將乙酰丙酮鎳和十八胺加入上述棕色溶液中，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下加熱至110°c?140°C維持20min?40min，再升溫至245°C并維持1.5h?2.5h; c)加入有機(jī)溶劑將反應(yīng)猝停，使反應(yīng)體系的溫度迅速降至室溫;d)分離反應(yīng)產(chǎn)物，洗滌后干燥，得到h-Ni/GN ο該六方相鎳納米粒子-石墨稀復(fù)合體是一種新型的電磁波吸收材料，使得鎳的電磁波吸波性能得到提高。但是，受金屬磁體的顆粒尺寸大小、形態(tài)以及均勻性的影響，難以滿足高性能電磁波吸收材料的要求;另外，其復(fù)雜的制備工藝和較高的制作成本也難以滿足大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)的需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有鎳電磁波吸收材料存在的不足，提供一種低成本、高吸收電磁波的多孔鎳-碳納米復(fù)合微球電磁波吸收材料及其制備方法。
[0007]本發(fā)明還提供多孔鎳-碳納米復(fù)合微球粉體的應(yīng)用。
[0008]發(fā)明概述
[0009]本發(fā)明提供一種可在2-16.6GHz范圍內(nèi)更有效地吸收電磁波的材料，采用溶劑熱和化學(xué)還原法合成多孔鎳-碳納米復(fù)合微球，本發(fā)明制得的多孔鎳-碳納米復(fù)合微球具有飽和磁化率高，矯頑力大，電磁波吸收性能好，輕質(zhì)，抗氧化能力好，制備工藝簡(jiǎn)單以及成本低等特點(diǎn)。
[0010]發(fā)明詳述
[0011]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0012]—種多孔鎳-碳納米復(fù)合微球電磁波吸收材料，是由碳與鎳組成的多相納米復(fù)合粉體;其中，納米級(jí)碳包裹在納米級(jí)和/或亞微米級(jí)鎳顆粒的外面形成直徑為10-300nm的碳包覆的鎳顆粒，另有囊泡狀的納米級(jí)片狀碳分布于碳包覆的鎳顆粒之間，形成直徑為1.2-3.0微米的多孔結(jié)構(gòu)的單分散微球。
[0013]根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選的，所述多孔鎳-碳納米復(fù)合微球的孔徑為l-100nm。
[0014]本發(fā)明所述多孔鎳-碳納米復(fù)合微球的多孔結(jié)構(gòu)形成于碳包覆的鎳顆粒之間、納米級(jí)片狀碳和碳包覆的鎳顆粒之間，以及包覆碳層內(nèi)、納米碳片內(nèi)。
[0015]術(shù)語(yǔ)解釋:囊泡狀的納米級(jí)片狀碳，簡(jiǎn)稱納米碳片。本說(shuō)明書中“囊泡狀的納米級(jí)片狀碳”與“納米碳片”含義相同。
[0016]根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述多孔鎳-碳納米復(fù)合微球中，碳與鎳的質(zhì)量比為(1?60):(40 ?99)。
[0017]根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述的碳是無(wú)定型碳或石墨。
[0018]根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述多孔鎳-碳納米復(fù)合微球的直徑為1.2-1.5微米。
[0019]根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述鎳顆粒的直徑為50-250nm;所述多孔鎳-碳納米復(fù)合微球的孔徑為2_50nmo
[°02°]本發(fā)明的多孔鎳-碳納米復(fù)合微球電磁波吸收材料，飽和磁化率53.5 土 3emu/g，矯頑力Η。」可達(dá)51.40e ；制成的吸收體中多孔鎳-碳納米復(fù)合微球含量在60-75%質(zhì)量比時(shí)，制成的吸收體在2-16.6GHz頻率范圍內(nèi)電磁波吸收RL〈-20dB，S卩99%的電磁波被吸收。
[0021]根據(jù)本發(fā)明，一種多孔鎳-碳納米復(fù)合微球電磁波吸收材料的制備方法，包括步驟如下:
[0022](1)以二價(jià)無(wú)機(jī)鎳鹽為合成氫氧化鎳的前驅(qū)體，用聚乙烯醇(PVA)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)之一或組合作為表面活性劑;將所述前驅(qū)體、表面活性劑按質(zhì)量比(2 — 4):(0 — 2.5)溶于乙醇或甲醇溶劑中，在密閉條件下于100-400°C反應(yīng)2-30小時(shí)，反應(yīng)完成后對(duì)產(chǎn)物進(jìn)行洗滌、干燥，制得氫氧化鎳;將制得的氫氧化鎳于300°C保溫2小時(shí)進(jìn)行脫羥基處理;得脫羥基的混合物；
[0023](2)、以吡咯、吡啶、丙烯腈之一或組合為碳源，與步驟(1)脫羥基的混合物混合，所述脫羥基的混合物、碳源的質(zhì)量比為(2-4): 1，在密閉條件下于500-600°C反應(yīng)2-30小時(shí)，制得單分散多孔鎳-碳納米復(fù)合微球。
[0024]根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選的，步驟(1)中所述二價(jià)無(wú)機(jī)鎳鹽選自六水硫酸鎳(NiS04.6H20)、六水氯化鎳(NiCl2.6H20)、四水乙酸鎳(Ni(CH3COO)2.4H20)之一或組合。
[0025]根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選的，步驟(1)中的反應(yīng)溫度為180-270°(3。反應(yīng)時(shí)間為4_15小時(shí)。
[0026]根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選的，步驟(1)中，所述前驅(qū)體、表面活性劑的質(zhì)量比(2— 2.5):(0 — 2.2)，進(jìn)一步優(yōu)選的，所述前驅(qū)體、表面活性劑的質(zhì)量比為2:1。
[0027]本發(fā)明步驟(1)中，溶劑乙醇或甲醇的用量不必特別限定，按常規(guī)溶解量即可。聚乙烯醇(PVA)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)表面活性劑兼作分散劑。
[0028]根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選的，步驟(2)中的反應(yīng)溫度為500_550°C。反應(yīng)時(shí)間為5-10小時(shí)。
[0029]根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選的，步驟(2)中，所述脫羥基的混合物、碳源的質(zhì)量比為(2.5-3.0):1。本發(fā)明步驟(2)中的吡咯、吡啶、丙烯腈作為還原劑和碳源將二價(jià)鎳還原為鎳金屬。
[0030]本發(fā)明步驟(2)是在密閉的反應(yīng)釜中進(jìn)行反應(yīng)，直接制得多孔鎳-碳納米復(fù)合微球粉體。
[0031]本發(fā)明的反應(yīng)原理如下:
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