本發(fā)明涉及吸波材料，具體涉及一種團簇衍生的稀土基復合電磁波吸收材料及其制備方法。

背景技術：

1、當今，電磁波技術被廣泛應用，給人們生活帶來便利的同時，也帶來嚴重的電磁污染。電磁污染主要包括電磁輻射和電磁干擾，這對人類身體健康和電子設備正常工作帶來潛在威脅。吸波材料，簡稱mam，是一種能夠吸收絕大部分入射電磁波，最大程度減少表面發(fā)生電磁波反射的材料。該類材料可將進入到材料內部的電磁波轉變成多種其它能量進行耗散衰減，盡可能避免電磁波的反射和傳輸，從而減弱電磁污染，并可維護電子設備的穩(wěn)定及安全。因此，研發(fā)高效電磁波吸收材料是有效削弱電磁污染的一個關鍵策略。

2、目前，研究者已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了多種材料可以用于制備吸波材料，比如，碳材料、磁性金屬材料、半導體材料、高分子材料等。然而，單一組分的吸波材料在電磁特性及性能上有一定的弊端與局限性。對于導電損耗型吸波材料，其電導率太高的問題，極大地限制了材料的應用，趨膚效應的存在，會導致材料表面反射增強，阻抗匹配性差。而對于磁損耗型材料來說，同樣也會因為單一組分的缺點，使其在實際應用上受到限制，磁損耗型的材料一般都會有很大的密度，導致材料的質量重而不利于實際應用。

3、稀土元素，由于具有優(yōu)異的物理性質，如磁化率高、高飽和磁化強度及大的磁晶各向異性等，逐漸應用于吸波材料。研究表明，摻雜稀土元素能夠很好地調節(jié)材料的阻抗匹配性性，使材料具有較好的電磁波吸收性能。然而由于稀土離子半徑大，電荷高，配位模式復雜多變，導致多孔稀土配合物的制備充滿挑戰(zhàn)。

技術實現(xiàn)思路

1、為了解決傳統(tǒng)單組分碳系吸波材料和磁性金屬吸波材料，損耗機制單一，阻抗不匹配，導致材料的吸波性能不佳的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種團簇衍生的稀土基復合電磁波吸收材料及其制備方法。本發(fā)明的方法為進一步拓展稀土元素在吸波材料方面的應用提供了理論基礎。

2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術方案如下。

3、本發(fā)明第一方面提供一種團簇衍生的稀土基復合電磁波吸收材料的制備方法，包括以下步驟：

4、將羧基化多壁碳納米管和簇合物晶體進行復合，制備得到復合物；羧基化多壁碳納米管和簇合物晶體的質量比為10～20：1；所述簇合物晶體為{ni120sm96}晶體、{ni120gd96}晶體、{ni120nd96}晶體中的任意一種；

5、將復合物在400℃～700℃煅燒，得到團簇衍生的稀土基復合電磁波吸收材料。

6、優(yōu)選的，所述簇合物晶體的晶體參數(shù)是：{ni120nd96}晶體的晶體參數(shù)是：結晶于三斜晶系，空間群為p-1，晶胞參數(shù)為c＝

7、α＝71.29deg，β＝66.63deg，γ＝77.07deg，{ni120sm96}

8、晶體的晶體參數(shù)是：結晶于三斜晶系，空間群為p-1，晶胞參數(shù)為α＝71.15deg，β＝66.62deg，γ＝77.32deg，{ni120gd96}晶體的晶體參數(shù)是：結晶于三斜晶系，空間群為p-1，晶胞參數(shù)為α＝71.15deg，β＝66.24deg，γ＝77.00deg，

9、優(yōu)選的，所述簇合物晶體是由以下方法制備得到：將鎳鹽、稀土鹽、n-甲基亞氨基二乙酸、溴化鉀與甲醇混合均勻，然后加入三乙胺，在140℃下進行反應，反應完全后，制備得到簇合物晶體；所述鎳鹽為ni(ch3coo)2·4h2o；所述稀土鹽為nd(no3)3·6h2o、sm(no3)3·6h2o、gd(no3)3·6h2o中的任意一種。優(yōu)選的，鎳鹽、稀土鹽、n-甲基亞氨基二乙酸、溴化鉀與甲醇的用量比為1.2mmol～1.3mmol：1.2mmol～1.3mmol：0.1mmol：0.4mmol～0.5mmol：9ml；三乙胺與甲醇的用量比為9ml：300μl。在該比例范圍內能夠制備對應的簇合物晶體。

10、優(yōu)選的，所述羧基化多壁碳納米管的尺寸為：內徑2nm～5nm，外徑5nm～15nm，長度10μm～30μm。

11、優(yōu)選的，所述復合物的具體制備過程如下：將羧基化多壁碳納米管超聲分散于水中，得到羧基化多壁碳納米管溶液；將簇合物晶體超聲分散于水中，得到簇合物晶體溶液；將羧基化多壁碳納米管溶液和簇合物晶體溶液混合后，繼續(xù)超聲處理，超聲結束后，過濾，干燥，得到所述復合物。優(yōu)選的，繼續(xù)超聲處理的時間為8～12h。優(yōu)選的，繼續(xù)超聲處理的溫度控制在≤60℃。優(yōu)選的，煅燒的時間為2h。優(yōu)選的，煅燒是在惰性氣體保護下進行。

12、本發(fā)明第二方面還提供一種采用第一方面所述的制備方法制備得到的團簇衍生的稀土基復合電磁波吸收材料。

13、本發(fā)明的有益效果：

14、1、本發(fā)明是以簇合物晶體為前驅體，并與碳基材料復合，進行高溫熱解碳化，以制備團簇衍生的稀土基復合電磁波吸收材料，在借助碳基材料加強復合材料介電性能的同時，利用稀土金屬離子的電磁特性，使材料磁損耗性能大幅度提升，最終使得材料擁有良好吸波性能，不僅進一步拓展了稀土元素在吸波材料方面的應用，同時解決了傳統(tǒng)單組分碳系/磁性金屬吸波材料，損耗機制單一，阻抗不匹配，導致材料的吸波性能不佳的問題。

15、2、本發(fā)明通過碳基材料與簇合物晶體以質量比10：1制備的稀土基復合電磁波吸收材料，在3mm厚度下最小反射損耗達到-58.85db；以質量比15：1制備的稀土基復合電磁波吸收材料，在4mm厚度下最小反射損耗達到-40.04db；以質量比20：1制備的稀土基復合電磁波吸收材料，最小反射損耗達到-23.79db；有效吸收帶寬達到16.85ghz。相比于未與談及材料復合的材料性能，本本發(fā)明通過碳基材料與簇合物晶體復合后進行高溫熱解碳化得到的材料的吸波性能提升3倍，這主要歸因于材料中碳含量增加導致材料的電損耗增強。

技術特征：

1.一種團簇衍生的稀土基復合電磁波吸收材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權利要求1所述的團簇衍生的稀土基復合電磁波吸收材料的制備方法，其特征在于，所述簇合物晶體的晶體參數(shù)是：

3.根據(jù)權利要求1所述的團簇衍生的稀土基復合電磁波吸收材料的制備方法，其特征在于，所述簇合物晶體是由以下方法制備得到：

4.根據(jù)權利要求2所述的團簇衍生的稀土基復合電磁波吸收材料的制備方法，其特征在于，鎳鹽、稀土鹽、n-甲基亞氨基二乙酸、溴化鉀與甲醇的用量比為1.2mmol～1.3mmol：1.2mmol～1.3mmol：0.1mmol：0.4mmol～0.5mmol：9ml；三乙胺與甲醇的用量比為9ml：300μl。

5.根據(jù)權利要求1所述的團簇衍生的稀土基復合電磁波吸收材料的制備方法，其特征在于，所述羧基化多壁碳納米管的尺寸為：內徑2nm～5nm，外徑5nm～15nm，長度10μm～30μm。

6.根據(jù)權利要求1所述的團簇衍生的稀土基復合電磁波吸收材料的制備方法，其特征在于，所述復合物的具體制備過程如下：

7.根據(jù)權利要求6所述的團簇衍生的稀土基復合電磁波吸收材料的制備方法，其特征在于，繼續(xù)超聲處理的時間為8h～12h。

8.根據(jù)權利要求6所述的團簇衍生的稀土基復合電磁波吸收材料的制備方法，其特征在于，繼續(xù)超聲處理的溫度控制在≤60℃。

9.根據(jù)權利要求1所述的團簇衍生的稀土基復合電磁波吸收材料的制備方法，其特征在于，煅燒的時間為2h。

10.一種采用權利要求1～9中任意一項所述的制備方法制備得到的團簇衍生的稀土基復合電磁波吸收材料。

技術總結
本發(fā)明涉及吸波材料技術領域，具體涉及一種團簇衍生的稀土基復合電磁波吸收材料及其制備方法，稀土基復合電磁波吸收材料是將羧基化多壁碳納米管和簇合物晶體進行復合得到復合物；將復合物在400℃～700℃煅燒后得到。本發(fā)明以稀土基配位團簇晶體為前驅體，并與碳基材料復合，進行高溫熱解碳化，以制備團簇衍生的稀土基復合電磁波吸收材料，在借助碳基材料加強復合材料介電性能的同時，利用稀土金屬離子的電磁特性，使材料磁損耗性能大幅度提升，最終使得材料擁有良好吸波性能，不僅進一步拓展了稀土元素在吸波材料方面的應用，同時解決了傳統(tǒng)單組分碳系/磁性金屬吸波材料，損耗機制單一，阻抗不匹配，導致材料的吸波性能不佳的問題。

技術研發(fā)人員：鄭彥臻,陳偉鵬,樊彩虹,崔夢笛
受保護的技術使用者：西安交通大學
技術研發(fā)日：
技術公布日：2025/1/9