本發(fā)明屬于吸波材料制備領(lǐng)域，涉及一種核殼型碳球/碳納米管復(fù)合吸波材料及制備方法，

背景技術(shù)：

隨著無(wú)線(xiàn)電子設(shè)備的快速發(fā)展，電磁污染越來(lái)越嚴(yán)重，人們對(duì)電磁波吸收材料的研究越發(fā)深入。在眾多的吸波材料中，碳基吸波材料包括碳球、碳纖維、碳納米管、石墨烯，碳泡沫等材料由于其低密度、高強(qiáng)度、優(yōu)異化學(xué)穩(wěn)定性和環(huán)境穩(wěn)定性等特點(diǎn)受到廣泛研究。但是，碳納米材料極易團(tuán)聚、難分散等問(wèn)題極大地限制其性能，無(wú)法滿(mǎn)足高性能吸波材料“吸收強(qiáng)、頻帶寬、密度小、厚度薄”的要求。

文獻(xiàn)1“管洪濤，黨文慧，王毓德等.一種二氧化錳包覆碳顆粒介電材料用做電磁波吸收材料的應(yīng)用，中國(guó)，CN105384159[A].2016.”公開(kāi)了一種制備二氧化錳包覆碳顆粒介電材料的方法。碳顆粒、高錳酸鉀等原料在水浴環(huán)境下反應(yīng)生成二氧化錳包覆碳顆粒微球。此方法合成的復(fù)合材料具有毒性、密度高、高溫穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性差等缺點(diǎn)，限制了該材料的應(yīng)用環(huán)境。

文獻(xiàn)2“徐耀，王浩靜，王紅飛.負(fù)載磁性合金的多孔碳球復(fù)合吸波材料的制備方法，中國(guó)，CN105820796[A].2016.”公開(kāi)了一種負(fù)載磁性合金的多孔碳球復(fù)合吸波材料制備的方法。該法將多孔碳球置于磁性金屬離子鹽的前驅(qū)體溶液中，通過(guò)在惰性氣氛下煅燒獲得復(fù)合材料。該方法合成的材料具有磁性、密度高、合金與基體碳球結(jié)合力弱等缺點(diǎn)，限制了該材料的應(yīng)用環(huán)境。

綜上可知，目前多數(shù)研究致力于碳基材料與磁性材料(金屬、氧化物)復(fù)合，這種方法成本較高、增加材料密度、不適合應(yīng)用于高溫環(huán)境下的微波吸收，限制了材料應(yīng)用環(huán)境。純碳基復(fù)合吸波材料不引入其他種類(lèi)物質(zhì)，保持碳材料本身無(wú)污染、低密度、優(yōu)異環(huán)境穩(wěn)定性等特性，具有廣闊研究前景。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

要解決的技術(shù)問(wèn)題

為了避免現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，本發(fā)明提出一種核殼型碳球/碳納米管復(fù)合吸波材料及制備方法，解決碳納米管材料易團(tuán)聚、難分散等問(wèn)題。通過(guò)該方法制備的復(fù)合材料解決了碳納米管的團(tuán)聚問(wèn)題，增強(qiáng)了材料電磁波損耗能力。

技術(shù)方案

一種核殼型碳球/碳納米管復(fù)合吸波材料，其特征在于：碳納米管包覆在碳球表面形成核殼結(jié)構(gòu)，碳球粒徑為0.1～5μm，碳納米管粒徑為5～100nm。

一種核殼型碳球/碳納米管復(fù)合吸波材料的制備方法，其特征在于步驟如下：

步驟1、水熱法制備碳球：將催化劑前驅(qū)體∶單糖∶去離子水按質(zhì)量比1∶2～20∶20～200混合，超聲處理并磁力攪拌后獲得均勻溶液；

將溶液置于反應(yīng)釜中，在150～220℃溫度下保溫2～24h，得到褐色凝膠狀液體；再用去離子水洗滌至溶液pH值為7，真空抽濾得到固態(tài)樣品，40～80℃真空條件下干燥8～40h，得到碳球；

水熱過(guò)程中，催化劑前驅(qū)體與碳球表面官能團(tuán)反應(yīng)或靜電吸附作用附著在碳球表面，直接得到負(fù)載催化劑的碳球。

步驟2：將步驟1所得碳球放在氧化鋁坩堝中置于石英管式爐的等溫區(qū)，Ar氣氛下升溫至750～1000℃，流量100～210sccm，升溫速率為5～10℃/min；達(dá)到設(shè)定溫度時(shí)，通入H₂，時(shí)間10～30min，流量100～210sccm；然后通入C₂H₄，時(shí)間5～60min，流量10～60sccm；關(guān)掉H₂和C₂H₄，保留Ar至溫度降至室溫，得到碳納米管包覆在碳球表面形成核殼結(jié)構(gòu)，形成碳球/碳納米管復(fù)合材料。

所述超聲處理10～60min。

所述磁力攪拌10～60min。

所述催化劑前驅(qū)體為硝酸鎳或乙酸鈷。

所述單糖為果糖或葡萄糖。

有益效果

本發(fā)明提出的一種核殼型碳球/碳納米管復(fù)合吸波材料及制備方法，經(jīng)超聲、磁力攪拌、水熱等步驟處理原料催化劑前驅(qū)體和單糖，得到粒徑均一的碳球；將所得碳球置于管式爐中，惰性氣氛下以C₂H₄為碳源進(jìn)行常壓化學(xué)氣相沉積，碳納米管在碳球表面生成，得到碳球/碳納米管復(fù)合材料。本發(fā)明采用無(wú)毒易得原料，制備方法簡(jiǎn)單高效、成本低廉、反應(yīng)可控、效率高。碳納米管生長(zhǎng)在碳球表面形成多孔包覆核殼結(jié)構(gòu)，解決了碳納米管的團(tuán)聚問(wèn)題，降低了材料密度，增加了電磁波損耗途徑，提升了材料電磁波損耗能力。所得復(fù)合吸波材料吸波頻率可調(diào)，反射損耗<-10dB的頻帶寬度為0～4.2GH，最低反射系數(shù)達(dá)到-42.3dB。

本發(fā)明由于采取以上技術(shù)方案，其有益效果為：

1，本發(fā)明采用常壓化學(xué)氣相沉積的方法，簡(jiǎn)單高效、成本低廉、反應(yīng)可控、效率高；

2，所得純碳基復(fù)合材料，具有高強(qiáng)度、優(yōu)異化學(xué)穩(wěn)定性和環(huán)境穩(wěn)定性等特點(diǎn)；

3，碳納米管在碳球表面原位生成，所得復(fù)合材料很好的解決了碳納米管的分散問(wèn)題；

4，碳納米管與碳球通過(guò)化學(xué)鍵連接，所得復(fù)合材料具有優(yōu)異的結(jié)構(gòu)和性能穩(wěn)定性；

5，碳納米管生長(zhǎng)在碳球表面形成多孔包覆核殼結(jié)構(gòu)，降低了材料密度，提升了材料的電磁波損耗性能。所制得復(fù)合吸波材料吸波頻率可調(diào)，反射損耗<-10dB的頻帶寬度為0～4.2GHz，最低反射系數(shù)達(dá)到-42.3dB。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明方法的工藝流程圖。

圖2為實(shí)施例1碳球/碳納米管的SEM圖譜。

圖3(a)為實(shí)施例2碳納米管的SEM圖譜；圖3(b)是實(shí)施例3中所制備碳納米管的TEM圖譜。

圖4是為實(shí)施例4碳球/碳納米管復(fù)合材料吸波性能測(cè)試曲線(xiàn)示意圖。

具體實(shí)施方式

現(xiàn)結(jié)合實(shí)施例、附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述：

實(shí)施實(shí)例一

本實(shí)施例包括以下步驟：

(1)稱(chēng)量3.5g硝酸鎳、7g葡萄糖，加入到70ml去離子水中，超聲10min，磁力攪拌10min，置入100ml聚四氟乙烯反應(yīng)釜中，在160℃下保溫24h；將所得褐色膠凝狀液體用去離子水洗滌至溶液pH值約為7，真空抽濾后在80℃下真空干燥24h；

(2)將步驟1所得粉體放在氧化鋁坩堝中置于石英管式爐的等溫區(qū)，在Ar氣氛下，流量150sccm，以10℃/min的升溫速率升至800℃；通入H₂，時(shí)間20min，流量150sccm；然后通入C₂H₄，時(shí)間20min，流量40sccm；關(guān)掉H₂和C₂H₄，保留Ar至溫度降至室溫，得到碳球/碳納米管復(fù)合材料。

實(shí)施實(shí)例二

本實(shí)施例包括以下步驟：

(1)稱(chēng)量0.35g乙酸鈷、7g果糖混合，加入到70ml去離子水中，超聲20min，磁力攪拌20min，置入100ml聚四氟乙烯反應(yīng)釜中，在180℃下保溫22h；將所得褐色膠凝狀液體用去離子水洗滌至溶液pH值約為7，真空抽濾后在80℃下真空干燥24h；

(2)將步驟(1)所得粉體放在氧化鋁坩堝中置于石英管式爐的等溫區(qū)，在Ar氣氛下，流量100sccm，以5℃/min的升溫速率升至750℃。通入H₂，時(shí)間10min，流量150sccm，然后通入C₂H₄，時(shí)間25min，流量10sccm；關(guān)掉H₂和C₂H₄，保留Ar至溫度降至室溫，得到碳球/碳納米管復(fù)合材料。

實(shí)施實(shí)例三

本實(shí)施例包括以下步驟：

(1)稱(chēng)量3.5g硝酸鎳、10g果糖混合，加入到70ml去離子水中，超聲60min，磁力攪拌60min，置入100ml聚四氟乙烯反應(yīng)釜中，在220℃下保溫2h；將所得褐色膠凝狀液體用去離子水洗滌至溶液pH值約為7，真空抽濾后在80℃下真空干燥24h；

(2)將步驟(1)所得粉體放在氧化鋁坩堝中置于石英管式爐的等溫區(qū)，在Ar氣氛下，流量210sccm，以10℃/min的升溫速率升至900℃；通入H₂，時(shí)間30min，流量100sccm；然后通入C₂H₄，時(shí)間60min，流量60sccm；關(guān)掉H₂和C₂H₄，保留Ar至溫度降至室溫，得到碳球/碳納米管復(fù)合材料。

實(shí)施實(shí)例四

本實(shí)施例包括以下步驟：

(1)稱(chēng)量0.35g硝酸鎳、0.7g果糖混合，加入到70ml去離子水中，超聲60min，磁力攪拌60min，置入100ml聚四氟乙烯反應(yīng)釜中，在220℃下保溫2h；將所得褐色膠凝狀液體用去離子水洗滌至溶液pH值約為7，真空抽濾后在80℃下真空干燥24h；

(2)將步驟(1)所得粉體放在氧化鋁坩堝中置于石英管式爐的等溫區(qū)，在Ar氣氛下，流量180sccm，以8℃/min的升溫速率升至1000℃；通入H₂，時(shí)間20min，流量210sccm；然后通入C₂H₄，時(shí)間5min，流量40sccm；關(guān)掉H₂和C₂H₄，保留Ar至溫度降至室溫，得到碳球/碳納米管復(fù)合材料。