[发明专利]一种电磁波屏蔽透气多孔碳复合材料及其制备方法、应用

说明书

本发明涉及电磁屏蔽技术领域，尤其涉及一种电磁波屏蔽透气多孔碳复合材料及其制备方法、应用，制备方法包括以下步骤：（1）将木块先进行中温预碳化，再进行高温碳化，得碳化木块；（2）将碳化木块浸渍于Ni²⁺溶液中，取出，烘干；（3）将碳化木块与双氰胺间隔放置，通入氮气，进行分温度区加热，在吸附有Ni²⁺的碳化木块上原位生长氮掺杂碳纳米管，得到镍@氮掺杂碳纳米管/碳化木复合材料。采用本发明的方法制得的Ni@NCNT/CW复合材料是一种轻质的磁性多孔碳，其内部原位生长氮掺杂碳纳米管，表现出吸收为主的电磁波屏蔽性能，多孔结构赋予材料良好的透气性，气体流通性好，具有优异的散热性能。

技术领域

本发明涉及电磁屏蔽技术领域，尤其涉及一种电磁波屏蔽透气多孔碳复合材料及其制备方法、应用。

背景技术

随着科学技术的飞速发展，电子设备的广泛应用已经引起了严重的电磁污染。因此，开发轻便高效的电磁屏蔽干扰材料对于抑制电磁污染至关重要。传统的金属屏蔽材料由于其超高密度，高频失效，易腐蚀，不透气，加工成本昂贵以及反射为主的电磁屏蔽机制可能会导致应用限制。

针对金属屏蔽材料应用限制难题，目前主要采用以下几种方法解决：（1）选择高频效能较高的导电橡胶，但这种材料低频时屏蔽效能较低且价格昂贵（2）选择高低频屏蔽效能都较高且价格低廉的导电布衬垫，但是在频繁摩擦后易损坏的缺点也导致其无法适应更多使用场景。

碳材料及其复合材料因其先进的电学性能，高比表面积，低成本，环境友好性和化学惰性而在电磁屏蔽领域引起了广泛关注。与其他碳材料相比，天然木材具有天然规则的孔道结构，不仅可以优化阻抗匹配，还可以引起电磁波的多次反射。

然而，纯碳材料的电磁屏蔽性能是有限的，单一的碳材料并不能满足人们对电磁波屏蔽材料的众多要求。Gao课题组（Carbon，2017，124，492-498）将天然木材用稀氨水煮沸去除树胶和脂肪酸，并在氮气流中退火，转化为各向异性的多孔材料，表现出良好的微波吸收能力。该方法工艺较复杂，成本较高，且欠缺磁性损耗，对电磁波不能进行有效屏蔽。

Sun课题组（Carbon，2012，46，1061-1071）在桦木上沉积铜，制备电磁干扰屏蔽材料。镀有结晶铜膜的桦木导电率高，在低频范围内电磁屏蔽效果较好。该方法表现出反射为主的屏蔽机制，高反射率限制了木质碳材料在电磁功能领域的进一步应用。

Zhang课题组（ACS Appl. Mater. Interfaces，2020，12，40802-40814）用硝酸镍水溶液超声浸渍杉木，并在氩气流中碳化，形成负载镍纳米颗粒的磁性木质复合材料，在X波段屏蔽效能表现良好。该方法存在镍颗粒和生物质碳之间结合力较差以及磁性材料和介电材料二者耦合作用不能完全发挥出来等问题。

发明内容

本发明为了克服传统金属屏蔽材料密度大，造价成本高，电磁波反射率高和气体流通性差的问题，提供了一种电磁波屏蔽透气多孔碳复合材料的制备方法，该方法原料易得，成本低，操作简单，易于产业化。

本发明还提供了一种由上述制备方法制得的电磁波屏蔽透气多孔碳复合材料。

本发明还提供了一种电磁波屏蔽透气多孔碳复合材料在电磁屏蔽领域中的应用。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种电磁波屏蔽透气多孔碳复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）将木块先进行中温预碳化，再进行高温碳化，得碳化木块；该步骤在高温碳化之前进行中温预碳化能够让木块的结构在中温区先得到稳定，然后再缓缓进入高温区达到进一步石墨化，避免木块直接进入高温区后，体积随温度的升高急剧发生收缩，发生弯曲形变，无法达到预期结果；将分步碳化得到的碳化木块用砂纸磨成合适尺寸，用乙醇和去离子水洗涤并干燥，得到碳化木块；