[发明专利]一种金属有机框架衍生的Co/C纳米颗粒包覆的碳化棉花纤维吸波材料及其制备方法

说明书

一种金属有机框架衍生的Co/C纳米颗粒包覆的碳化棉花纤维吸波材料及其制备方法，属于电磁吸波材料技术领域，该方法以棉花和2‑甲基咪唑和硝酸钴为原料，通过甲醇溶液环境下的含钴金属有机框架ZIF‑67在棉花表面的原位生长得到ZIF‑67金属有机框架颗粒均匀包裹的棉花纤维前驱体。然后保护性气氛下高温热碳化制备得到一种金属有机框架衍生的Co/C纳米颗粒包覆的碳化棉花纤维吸波材料，密度为0.0198g/cm³。采用传输线法测试了2‑18GHz复介电常数和复磁导率并计算了反射损耗曲线，2mm厚度下反射损耗低于‑10dB的有效吸收频带宽度5.6GHz(12.0‑17.6GHz)，14.3GH处最大吸收强度达到‑45.3dB。解决了传统吸波材料密度高，吸收强度低，频带窄的技术难题。

技术领域

本发明属于电磁吸波材料技术领域，具体涉及一种金属有机框架衍生的Co/C纳米颗粒包覆的碳化棉花纤维吸波材料及其制备方法。

背景技术

民用无线通讯技术的快速发展在带来便利生活的同时也造成了严重的微波辐射污染问题，另一方面军用雷达探测技术的发展，也对以战斗机，无人机为代表的军用飞行器提出了更高的隐身性能需求。因此，亟需开发具有廉价、轻质、强吸收等性能特点的高性能电磁波吸收材料。实际使用环境要求理想电磁波吸收材料具有材料密度轻、厚度薄、有效吸收频带宽、吸收强等特点。碳材料，尤其是生物质碳化衍生的多孔碳材料，由于轻质，高导电，强介电损耗等特性成为吸波材料的研究重点。但是，单纯非磁性碳材料的吸波效果受到阻抗不匹配和损耗机制单一的限制。结合磁性金属纳米颗粒能够大幅改善其阻抗匹配和电磁波吸收性能。然而，常见的Fe₃O₄等磁性颗粒密度大，易团聚给实际应用带来了困难，相比之下含Fe、Co、Ni元素的金属有机框架由于高孔隙率和特殊的纳米结构等特点，并能够通过直接碳化得到保持特殊纳米结构的轻质多孔Co/C纳米颗粒，成为改善碳基吸波材料吸波性能的理想磁性颗粒来源。

发明内容

本发明的目的是为了克服纯碳基吸波材料阻抗不匹配和电磁波损耗机制单一造成的电磁波吸收能力不足的问题，提供一种金属有机框架衍生的Co/C纳米颗粒包覆的碳化棉花纤维吸波材料及其制备方法。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：

一种金属有机框架衍生的Co/C纳米颗粒包覆的碳化棉花纤维吸波材料，所述吸波材料由空心棉花纤维和具有正十二面体微观形貌的Co/C磁性纳米颗粒组成，所述空心棉花纤维表面被具有正十二面体微观形貌的Co/C磁性纳米颗粒均匀包覆，构成管状核壳结构。

一种上述的金属有机框架衍生的Co/C纳米颗粒包覆的碳化棉花纤维吸波材料的制备方法，所述方法的步骤为：

步骤一：将棉花纤维烘干干燥去除水分；

步骤二：配制2-甲基咪唑的无水甲醇溶液，将步骤一中干燥好的棉花浸入上述溶液，静置8～12h；

步骤三：配制硝酸钴的无水甲醇溶液，再将硝酸钴的无水甲醇溶液倒入浸泡着棉花纤维的2-甲基咪唑的无水甲醇溶液中，震荡均匀，静置24～48h后将棉花纤维取出，酒精洗涤，放在烘箱中干燥，即得到ZIF-67金属有机框架颗粒包裹的棉花纤维前驱体；

步骤四：取步骤三中制备得到的ZIF-67金属有机框架颗粒包裹的棉花纤维前驱体，放在管式炉中，惰性保护气氛下高温碳化，得到金属有机框架衍生的Co/C纳米颗粒包裹的碳化棉花纤维吸波材料。

本发明相对于现有技术的有益效果为：