[发明专利]一种基于爆米花的碳基复合材料及其制备方法和用途

说明书

本发明属于功能材料领域，具体涉及一种基于爆米花的碳基复合材料及其制备方法和用途。本发明提供了一种基于爆米花的碳基复合材料，所述材料为碳基表面覆盖有NiS₂/SnS₂纳米片；所述碳基呈多孔状，所平均述孔径为50～200μm；所述材料由碳、硫化镍和硫化锡组成，所述碳、镍、锡和硫的摩尔比为(10～30)：(0.5～2.2)：1：(1～6)。本发明在爆米花衍生的多孔碳基上构建了相干的NiS₂/SnS₂异质结构纳米片，首次将NiS₂/SnS₂异质结构纳米片用于电磁波领域作为吸收材料，为进一步的研究和在电磁波吸收领域的应用提供了思路。

技术领域

本发明属于功能材料领域，具体涉及一种基于爆米花的碳基复合材料及其制备方法和用途。

背景技术

近年来，随着无线通信和电子设备的迅速发展和广泛应用，电磁波(EMW)污染越来越严重，不仅干扰电子设备的运行，还威胁到人类的健康和信息安全。因此，近年来学术界的科研工作者们对电磁波吸收材料的研究兴趣日益浓厚。众所周知，电磁波吸收材料可以将入射的电磁波能量转化为热能或其他形式的能量而消耗掉。

一般来说，电磁波吸收材料可分为介质损耗材料和磁损耗材料。在此基础上，越来越多的电磁波吸收材料得到了成功的开发。从传统材料如铁氧体、金属氧化物、石墨烯和碳纳米管，到新兴材料如金属有机框架和MXene(M_n+1X_nT_x)材料，这些研究都是为了满足电磁波吸收器的强吸收、宽有效吸收带宽(EAB)、薄厚度和轻量化的需要。其中，碳质材料因其低密度、高电导率和化学稳定性一直是电磁波吸收材料的一个重要分支。受自然的启发，生物质碳材料以其不可替代的优势在一系列碳质材料中脱颖而出。首先，生物量分布广泛，数量多，包括植物、动物、微生物和作物废弃物。因此，它是一种低成本、可获取、丰富和可再生的自然资源；其次，生物在自然界中经过长时间的演化，具有多种独特的结构，如多孔结构和通道结构。简单的热解炭化过程也可以继承这些原生结构。重要的是，多孔通道对耗散电磁波有贡献，主要体现在多次反射和散射、改善阻抗匹配和增强界面极化。综上，生物质源碳材料不仅保证了上述传统碳材料的优势，而且具有更简单、经济的制备方法，符合复合环保、可持续的理念，近年来，生物质基碳材料已成为电磁波吸收剂的潜在候选材料。

然而，纯碳材料的高导电性是进一步提高吸波性能的致命缺陷，因为它会导致阻抗匹配条件差。一个有效的策略是使碳材料与其他组件集成，一方面，可以获得良好的阻抗匹配，使更多的电磁波(EMW)进入吸收器，另一方面，由于双介质材料的协同效应和独特的结构优势，将赋予其优异的电磁耗散能力。二硫化锡(SnS₂)是一种典型的层状金属硫化物半导体，广泛应用于先进功能材料中，但SnS₂本身的导电性较差，在某些程度上不利于吸波性能的提高，而硫化镍(NiS₂)是一种典型的介质损耗材料。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种基于爆米花的碳基复合材料及其制备方法和用途，用于解决现有技术中的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明是通过以下技术方案获得的。

本发明的目的之一在于提供一种基于爆米花的碳基复合材料，所述材料为碳基表面覆盖有NiS₂/SnS₂纳米片；所述碳基呈多孔状，平均孔径为50～200μm；所述材料由碳、硫化镍和硫化锡组成，所述碳、镍、锡和硫的摩尔比为(10～30)：(0.5～2.2)：1：(1～6)。

本发明的目的之二在于提供上述所述的基于爆米花的碳基复合材料的制备方法，包括如下步骤：镍源、锡源和硫源的混合物与碳化爆米花进行水热反应，获得所述基于爆米花的碳基复合材料。

本申请的爆米花为玉米经常规工艺制备的爆米花。