[发明专利]一种二氧化钛包覆镍碳中空核壳纳米微球吸波材料的制备方法及应用

说明书

本发明涉及一种二氧化钛包覆镍碳中空核壳纳米微球吸波材料的制备方法及应用，属于纳米复合材料制备领域。本发明利用镍盐和有机配体在溶剂热反应下，自组装形成镍碳中空微球前驱体，利用乙醇和表面活性剂，使钛源水解形成的TiO₂均匀包覆在镍碳中空微球前驱体表面，将得到的固体在惰性气体气氛下高温煅烧，即可得到二氧化钛包覆镍碳中空微球材料。本发明方法过程简单，不需要刻蚀模板即可得到粒径分布均匀的二氧化钛包覆镍碳中空核壳纳米微球，且不发生团聚。与石蜡复合后得到吸波材料，电磁波损耗将近‑60dB，在5‑10GHz范围内具有较高吸波性能，有广泛的应用价值。

技术领域

本发明属于电磁波吸收材料技术领域，更具体地说，本发明涉及一种粒径分布均匀的二氧化钛包覆镍碳中空核壳纳米微球吸波材料的制备方法及应用。

背景技术

公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

中空核壳结构的纳米微球具有密度小，比表面积大，可调控外壳与内核的组分等特点，具有以下优势：(1)核壳多层结构增加了材料的反应活性位点，提高了其催化能力，并且可以实现不同组分共存于同一材料中并且同时发挥作用；(2)核壳结构的存在能减小反应中粒子的径向移动，促进其在壳层内移动，这在电化学，催化，药物运输，隔热和电磁波吸收等领域具有潜在的应用价值。为此，研究人员为此提出了许多制备方法，例如软/硬模板法和奥斯瓦尔德熟化法等方法。但是，发明人发现：其粒径分布的均匀性和核壳厚度难以控制，并且包覆过程中，包覆均匀性也难以调控。尽管软/硬模板法在制备中空核壳结构纳米微球材料中，粒径均匀性和包覆均匀性优秀，但是在移除模板时会导致结构崩塌。而且，对于镍等金属而言，在煅烧还原含镍的纳米微球时，会发生团聚，导致中空微球的结构被破坏，难以实现中空核壳纳米微球材料的大量制备，并且现有的材料对某些电磁波频率具有较弱的吸收效果，因此，在电磁波吸收领域很难具有实际应用价值。

发明内容

针对上述现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种在5─10GHz范围内具有较高吸波性能的二氧化钛包覆镍碳中空核壳纳米微球材料的制备方法。

本发明的第一个方面，提供了一种二氧化钛包覆镍碳中空核壳纳米微球材料的制备方法，包括:

将有机配体、镍盐和表面活性剂分散到溶液中，进行溶剂热反应，固液分离、洗涤、干燥，得到镍碳中空微球前驱体；

将所述镍碳中空微球前驱体、钛源、表面活性剂分散在溶液中，进行水解反应，反应完成后，固液分离、洗涤、干燥，得到二氧化钛包覆镍碳中空核壳纳米微球前驱体；

将所述二氧化钛包覆镍碳中空核壳纳米微球前驱体进行焙烧，得到二氧化钛包覆镍碳中空核壳纳米微球。

对比现有技术，本发明合成方法简单，能够大量合成，且二氧化钛包覆镍碳中空核壳纳米微球粒径分布均匀，外壳TiO₂包覆均匀，空心结构稳定不易崩塌，纳米微球不易团聚，而且制备过程仅需一次焙烧和一次水热即可得到最终产物。

与现有的包覆方法相比，本发明制备的TiO₂包覆层在镍碳中空核壳纳米微球外部地分散更为均匀、完整，二者结合紧密；不会出现包覆不完全、包覆层与镍碳中空核壳纳米微球分离，或类似于硫化法存在的“部分掺杂、部分地包覆”的情况，材料的吸波性能更优。

本发明的第二个方面，提供了任一项上述的方法制备的二氧化钛包覆镍碳中空核壳纳米微球材料。

本发明制得的二氧化钛包覆镍碳中空核壳纳米微球，一方面，磁性镍的中空内核为该材料提供了磁损耗，并且中空结构的存在，可以使材料具有适宜的阻抗匹配，使得尽可能多的电磁波得以进入材料内部，另一方面，TiO₂和碳具有较高的介电常数，使得该材料具有较高的介电损耗，第三方面，由于该材料具有包覆核壳结构，为材料提供界面极化，增强了材料对电磁波的介电损耗。