[发明专利]一种二维片状组成单元自组装成三维树枝状磁性金属钴纳米材料

说明书

技术领域

本发明涉及一种微波吸收材料，特别是涉及一种二维片状组成单元自组装成三维树枝状磁性金属钴纳米材料及其制备方法和应用，属于电磁吸波领域。

背景技术

随着电子信息技术的迅猛发展，电磁干扰问题日益严重。微波吸收材料能够吸收入射到材料内部的电磁波，将其转化为热能或其他形式的能量，从而减小微波反射截面。这类材料已被广泛应用于电磁污染屏蔽和隐身技术等军事、民用领域。目前，较为普遍的雷达波吸收材料，根据电磁损耗机理可分为介电损耗型和磁损耗型两种。软磁性金属由于其较高的磁导率被认为具有优异的吸波性能。但是，由于其金属特性，较高的电导率会导致高频磁导率的降低，即趋肤效应，不利于电磁波的吸收。尽管介电材料的包覆形成壳-核纳米复合物能够有效抑制涡流损耗，但壳层相的引入不可避免降低其磁导率。此外，纳米复合物吸波剂往往需要多步的制备过程，实验步骤冗长，成本较高，产率较低。微波吸收剂的吸波性能取决于其复介电系数、复磁导率、阻抗匹配和微观结构。通过对软磁性金属微观结构的有效调控，即吸波剂组成单元的成分、形貌及组成单元自组装成分级纳米结构的合理设计和合成，能够调控其复介电系数和复磁导率，实现阻抗匹配和电磁波的强吸收，有望制备出具有“薄、轻、宽、强”优异吸波性能的微波吸收剂。目前，理论和实验证明具有二维片状形貌的软磁性金属纳米吸波剂，当其片层厚度小于趋肤深度，能够突破Sneock极限，具有良好的吸波性能。同时，三维树枝状金属钴纳米材料具有大的比表面积，使其在催化、磁记录和微波吸收等领域具有广阔的应用前景。然而，二维片状组成单元自组装成三维树枝状磁性金属钴纳米材料及其在微波吸收领域的应用未见报道。

发明内容

本发明目的是解决现有技术存在的上述问题，提供一种二维片状组成单元自组装成三维树枝状磁性金属钴纳米材料及其微波吸收的方法。本发明采用水热法一步合成，工艺简单，无需模板或外磁场的辅助，同时拓展其在微波吸收领域的应用，以解决软磁性金属钴纳米吸波剂在高频磁导率降低和吸收涂层厚的不足。

本发明给出的技术方案是：一种二维片状组成单元自组装成三维树枝状磁性金属钴纳米材料，其特征在于：三维树枝状磁性金属钴纳米材料主干长度为2-9μm，分支长度为1-4μm，基本组成单元呈片状结构，其颗粒尺寸为200-500nm。

所述的三维树枝状磁性金属钴纳米材料由片状组成单元面-面定向连接生长组成。

本发明所述二维片状组成单元自组装成三维树枝状磁性金属钴纳米材料的制备方法，制备步骤如下。

（1）室温下溶解六水合氯化钴，配制成浓度为0.01-0.1mol/L的六水合氯化钴溶液。

（2）室温下溶解氢氧化钠，配制成浓度为0.2-0.6mol/L的氢氧化钠溶液。

（3）将步骤（2）溶液加入到步骤（1）溶液中，充分混合。

（4）将均苯四甲酸和次亚磷酸钠加入到步骤（3）溶液中，充分混合。均苯四甲酸的浓度为0.01-0.12mol/L，次亚磷酸钠的浓度为0.5-1.2mol/L。

（5）将步骤（4）溶液水热条件下处理，水热反应温度90-130^oC，水热反应时间为5-26h。产物依次用去离子水和无水乙醇清洗，然后在真空中烘干，即可得到树枝状磁性金属钴纳米材料。

本发明还提供了所述二维片状组成单元自组装成三维树枝状磁性金属钴纳米材料作为复合微波吸收材料的应用。所述的金属钴纳米材料以60-75wt.%质量百分比的添加量加入到石蜡物质中制备吸波涂层，该吸波涂层对1-18GHz范围的电磁波有吸收作用。

与现有技术相比，本发明的有益效果是。

本发明所述二维片状组成单元自组装成三维树枝状磁性金属钴纳米材料的制备方法，其优点在于：本发明采用水热法一步合成树枝状磁性金属钴纳米材料，无需模板或外磁场辅助。通过均苯四甲酸的引入，能够有效控制钴的形核和生长速率，在水热密闭反应釜高温高压条件下诱导其各向异性生长，制备出二维片状组成单元自组装成三维树枝状纳米结构。所需设备简易、制备工艺简单，生产成本较低。所选原料为非毒性物质，反应条件温和，在制备过程中不会造成空气污染。实验重复性好，样品形貌重现性高。