[发明专利]一种多孔碳基电磁吸波剂及其制备方法

说明书

本发明公开了一种多孔碳基电磁吸波剂，所述电磁吸波剂包含多个分散的二维片状结构，每个二维片状结构由无定形的多孔碳框架以及嵌在碳框架内的石墨化碳层组成，所述石墨化碳层为空心球壳状。本发明还公开了上述多孔碳基电磁吸波剂的制备方法。本发明多孔碳基电磁吸波剂相较于传统的吸波材料及金属有机框架衍生物电磁吸波材料具有在极低填充度和低厚度下吸收强度高，有效吸收频带宽的特点，具有优异的吸波性能；同时本发明制备方法工艺简单、成本低，无需复杂的合成设备，也无需使用剧毒的化学试剂，能够适用于工业化大规模生产。

技术领域

本发明涉及一种多孔碳基电磁吸波剂，还涉及上述多孔碳基电磁吸波剂的制备方法，属于吸波材料技术领域。

背景技术

电磁技术的飞速发展不仅极大地促进社会经济的发展和生活水平的提高，也不可避免地带来严重的电磁污染问题。具体来说，电磁污染会威胁生物体的正常生理活动，也会干扰电子电气设备的正常运行。另外在军事领域，武器装备的电磁隐身能力也逐渐成为保证生存及打击敌方的关键技术。因此，吸波材料的研究发展正如火如荼地进行着，其发展趋势可概括为轻质、薄厚度、宽频带、强吸收。其中碳基复合材料因其优良的综合性能已成为现代高效电磁吸波剂的常见组份。

近年研究发现，金属有机框架衍生物具有优异的电磁性质，可应用于轻质高效电磁吸波材料中。例如，北京航空航天大学刘晓芳课题组以多壁碳纳米管为模板生长ZIF-67，经高温热处理及外磁场排列后获得有序的Co-C/MWCNTs复合材料，在填充度仅为15wt％的情况下，最佳反射损耗值可达到-48.9dB。(Y.Yin，X.Liu，X.Wei，Y.Li，X.Nie，R.Yu，J.Shui，Magnetically aligned Co-C/MWCNTs composite derived from MWCNT-interconnectedzeolitic imidazolate frameworks for a lightweight and highly efficientelectromagnetic wave absorber.ACS Appl.Mater.Interfaces，9(2017)30850-30861.)。北京科技大学王海成等将Co纳米粒子嵌入ZIF-67孔道内，经高温热处理后获得Co/C复合材料，其最佳反射损耗值可达-30.31dB且有效吸收带宽为4.93GHz。厦门大学匡勤教授课题组使用ZIF-67为前驱体在惰性气氛下煅烧制备Co/C复合材料，(H.Wang，L.Xiang，W.Wei，J.An，J.He，C.Gong，Y.Hou，Efficient and lightweight electromagnetic waveabsorber derived from metal organic framework-encapsulated cobaltnanoparticles.ACS Appl.Mater.Interfaces9(2017)42102-42110)。然而现有研究依然存在面临诸多难题：1.电磁吸波剂的反射损耗方面仍有很大的提升空间，主要是需要满足低厚度(≤2mm)达到较宽的有效吸收频带(≥4GHz)；2.MOFs制备工艺复杂，耗时长，产率低，且大多使用剧毒有机溶剂；3.电磁吸波剂的填充度依然较大(≥40wt％)且微观结构的设计与最终样品的电磁特性间的关系仍待确定；4.成本较高，产率低，不适宜大规模工业化生产。

发明内容

发明目的：本发明所要解决的技术问题是提供一种多孔碳基电磁吸波剂，该电磁吸波剂在低厚度和低填充度下仍具有强的反射损耗和宽的有效吸收频带。

本发明还要解决的技术问题是提供上述多孔碳基电磁吸波剂的制备方法，该制备方法工艺简单、成本低，不需使用剧毒的有机溶剂，能够适用于工业化大规模生产。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术手段为：

一种多孔碳基电磁吸波剂，所述电磁吸波剂包含多个分散的二维片状结构，每个二维片状结构由无定形的多孔碳框架以及嵌在碳框架内的石墨化碳层组成，所述石墨化碳层为空心球壳状。