[发明专利]一种介电可调三维分级纳米胶囊吸波材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种介电可调三维分级纳米胶囊吸波材料的制备方法，通过一步多元醇溶剂热法还原镍盐，制备出由镍(Ni)纳米片随机交叉形成的三维分级纳米结构，进而利用原位聚合在该磁性分级Ni核心表面包覆一层由石墨烯量子点(GQDs)嵌入修饰的聚苯乙烯(PS)壳层，从而获得Ni/GQDs/PS三维分级纳米胶囊吸波材料。本发明通过Ni分级结构的几何效应和各向异性提升了易磁化面的多重散射和微波磁导率，实现了三维磁损耗增强；对该分级Ni核心包覆GQDs/PS壳层，利用极性和非极性材料复合，实现了微波介电常数可调，并以此调制介电损耗、阻抗匹配、吸收频带，同时有效防止Ni核心氧化，实现材料的可调吸波性能。

技术领域

本发明涉及一种性能可调的复合吸波材料的制备方法，具体地说是一种介电可调三维分级纳米胶囊吸波材料的制备方法，属于吸波功能材料领域。

背景技术

随着电子器件的小型化及高频化发展，电磁干扰与电磁辐射已经严重影响社会生产和人体健康，电磁屏蔽和电磁吸收因此成为了民用和军事相关领域关注的热点问题。近十年来，铁磁金属及合金由于具有饱和磁化强度高、磁滞伸缩系数小和微波磁导率高等特点，已经成为吸波材料相关行业的研究热点。然而，随着科技产品电磁兼容标准的提高，吸波材料逐渐趋向薄层化、宽频化、轻量化发展，铁磁金属和合金基吸波材料因其在电磁波频段下相对较高的介电常数和难以与之匹配的相对较低的磁导率，造成了很大的输入阻抗，增加了表面的电磁波反射，使其很难在较宽的频带和较薄的厚度内形成有效吸收。面向特定频段的吸波应用，材料微波电磁参数的局限性也使得有效吸收频带难以进行针对性的调节。因此，吸波材料输入阻抗的可调性已经成为吸收频带调制领域的研究热点。

阻抗调制的关键是实现微波电磁参数的可调。磁性/介电复合的纳米胶囊结构是调节和改善电磁阻抗和匹配电磁参数的有效手段，在不损失磁损耗的同时可以改善材料的介电损耗，其带来的界面极化和电磁耦合效应更可以引入新的物理损耗机制，增强材料的吸波性能，受到了相关研究的广泛推崇。根据传输线理论，微波磁导率的提高对电磁阻抗的宽频带改善更为有利，而微波介电常数则要根据对应频带的磁导率进行合理的匹配调节。铁磁金属及合金作为核心，其纳米晶磁畴和晶界难以大幅度的提高微波磁导率和磁损耗，以形状各向异性突出易磁化磁矩并提升磁导率的方法则更受到研究的关注。介电壳层的微波介电损耗调控同样存在单壳层性能局限、双壳层制备困难、复合材料配伍等问题，难以与磁性核心形成有效的电磁配合，也是解决阻抗调制的关键点。因此，利用简易快速的方法制备出稳定高效，且在较高磁导率的基础上可以实现介电性能灵活可调的纳米胶囊复合材料已经成为电磁波吸收领域的焦点。

发明内容

本发明目的在于提出一种介电可调三维分级纳米胶囊吸波材料的制备方法，利用多元醇还原制备由镍(Ni)纳米片随机交叉而形成的三维分级纳米结构作为核心，再对其包覆一层石墨烯量子点(GQDs)嵌入修饰的聚苯乙烯(PS)壳层，进一步改善其阻抗匹配性能，最终形成具有宽频带、高吸收且微波介电性能可调，进而实现吸收性能和频带可调的三维分级纳米胶囊吸波材料。

本发明中的三维分级纳米胶囊吸波材料，是以Ni的三维分级纳米结构为核心、以GQDs嵌入修饰的PS聚合物为壳层的核壳结构。

本发明中介电可调三维分级纳米胶囊吸波材料的制备方法，首先利用一步溶剂热法，通过多元醇还原制备出尺寸形状均匀的Ni的分级纳米结构；然后通过原位聚合法在该磁性分级核心表面包覆一层GQDs嵌入修饰的PS壳层，从而获得Ni/GQDs/PS三维分级纳米胶囊复合吸波材料。具体包括如下步骤：

步骤1：镍(Ni)分级纳米核心的制备

1a、将3mmol镍盐溶于20ml多元醇中，同时加入0.25～1mmol表面活性剂，加热搅拌至完全溶解得到澄清溶液1；

步骤1a中，所述镍盐选自硝酸镍、乙酸镍或氯化镍等。

步骤1a中，所述多元醇选自乙二醇、丙二醇、丙三醇、三缩四乙二醇等。