[发明专利]一种蛋黄壳结构微波吸收纳米材料及其制备和应用

说明书

本发明涉及一种蛋黄壳结构微波吸收纳米材料及其制备和应用，该纳米材料具有中空蛋黄壳结构，其中，内核为碳掺杂的MnO，外部壳层为氮掺杂碳。本发明的核壳结构复合材料在2.0‑18.0GHz频率范围内展现出优异的电磁波损耗能力。本发明是利用高锰酸钾与葡萄糖反应得到有机物掺杂的碳酸锰立方块，以该前驱体为核心材料包覆聚多巴胺，通过改变煅烧温度，可以制得具有不同中空度和结晶度的蛋黄壳结构碳包覆碳掺杂一氧化锰复合材料。本发明合成工艺简单，适用于大规模制备，性能优异，在微波吸收领域有广阔的应用前景。

技术领域

本发明属于微波吸收材料技术领域，涉及一种蛋黄壳结构微波吸收纳米材料及其制备和应用。

背景技术

当下5G时代，人类社会对电子设备的依赖性变得更高，与之伴生的是人类面临着越来越严重的电磁辐射。解决电磁污染是时代要求，是科研热点之一。解决电磁污染本质上是利用吸波材料的特性将电磁能转化为其他形式的可耗散的能量。在具体设计合成吸波材料时，主要考虑材料选择和结构设计两方面。

就材料选择方面而言，碳材料是微波吸收的理想材料，不仅因为其具有低密度和来源广泛的优点，还因为其具有良好的结构保持功能。但是碳材料的导电性一般都比较高，表面反射现象严重。通过引入极性金属氧化物形成的碳掺杂金属氧化物复合材料可以有效规避这一问题。作为典型的添加剂，锰氧化物可以通过其优异的介电常数来弥补碳材料的缺点。

就结构设计而言，蛋黄壳结构复合材料可以充分实现内核和壳层的互补能力，同时可以调控空腔大小或是材料结晶度来调节电磁参数。

但是，目前用于制备蛋黄壳结构的策略都需要繁琐的步骤，都需要通过蚀刻选择性地去除模板，这就导致其难以通过调节成分的特性来控制材料的微波吸收性能。就一氧化锰而言，因其不稳定性，常见的策略难以成功合成含有一氧化锰的蛋黄壳结构复合材料。因此亟待开发一种新的简单的技术来制备含有一氧化锰的蛋黄壳结构复合材料并提升其微波吸收性能。

发明内容

本发明的目的就是为了提供一种蛋黄壳结构微波吸收纳米材料及其制备和应用，以提高纳米材料的微波吸收性能等。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

本发明的技术方案之一提供了一种蛋黄壳结构微波吸收纳米材料，其特征在于，其具有中空蛋黄壳结构，其中，内核为碳掺杂的MnO，外部壳层为氮掺杂碳。

本发明的技术方案之二提供了一种蛋黄壳结构微波吸收纳米材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)称取高锰酸钾加入去离子水中，搅拌至溶液均一透明，再加入葡萄糖，搅拌均匀，接着转入反应釜内反应，所得产物分离干燥，得到有机物掺杂碳酸锰立方体；

(2)取有机物掺杂碳酸锰立方体分散于三羟甲基氨基甲烷水溶液中，再加入盐酸多巴胺，搅拌反应，所得反应产物清洗、分离、干燥后，得到前驱体粉末；

(3)称取前驱体粉末在惰性气体保护下煅烧，即得到目标产物。

进一步的，步骤(1)中，高锰酸钾与葡萄糖的摩尔比为1：(1～2)，优选为5:7。

进一步的，步骤(1)中，反应的温度为160～200℃，优选为180℃，时间为8～16h，优选为12h。

进一步的，步骤(2)中，有机物掺杂碳酸锰立方体与盐酸多巴胺的质量比为0.8～1.2:1，优选为1:1。

进一步的，步骤(2)中，所用三羟甲基氨基甲烷水溶液的浓度为8～12mmol/L，优选为10mmol/L。

进一步的，步骤(2)中，搅拌反应在剧烈搅拌条件下进行，时间为1～3h，优选为2h。

进一步的，步骤(3)中，煅烧的温度为500～800℃，可选为600-800℃，优选为700℃，时间为8～16h，可选为12h。