[发明专利]一种负载空心氧化物纳米盒的三维定向多孔气凝胶及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种负载空心氧化物纳米盒的三维定向多孔气凝胶及其制备方法和应用，属于吸波材料技术领域，该三维定向多孔气凝胶的制备方法包括：以壳聚糖和氧化石墨烯为原料制备碳/还原氧化石墨烯气凝胶；在碳/还原氧化石墨烯气凝胶上负载空心结构的ZIF‑67纳米盒，进一步利用含M金属离子溶液处理，干燥、退火后得到负载有空心氧化物纳米盒的三维定向多孔气凝胶；M金属离子为Ni²⁺、Fe²⁺、Cu²⁺、Zn²⁺或Mn²⁺中的一种。该三维定向多孔气凝胶具有三维有序的定向碳基孔道、空心氧化物纳米盒和非均相碳/还原氧化石墨烯界面，能够制备得到具有低密度、低填充比、强吸收和超宽频吸收的吸波材料。

技术领域

本发明属于吸波材料技术领域，具体涉及一种负载空心氧化物纳米盒的三维定向多孔气凝胶及其制备方法和应用。

背景技术

随着电子技术在通信等领域的飞速发展，对轻质、薄层、高效、宽频的高性能电磁波吸收材料的需求越来越大，然而，传统单一电磁波吸收材料(如铁氧体、磁性金属和碳材料等)难以同时满足强衰减和良好阻抗匹配的特点，限制了其应用范围，多组分材料复合并结合巧妙结构设计是优化阻抗匹配、提高微波衰减能力和降低填充比的有效策略。到目前为止，具有三维多孔结构的复合材料因其较长的电磁波传输路径和充分的磁电协同效应而备受关注。

设计三维多孔网状结构，如：海绵、泡沫和气凝胶等，不仅可以避免吸波剂的团聚，而且由于三维结构的高比表面积和丰富的孔洞，可以延长电磁波的传播路径。在具有三维结构的材料中，具有蜂窝状结构的碳气凝胶因其定向孔道结构、低密度、易加工等优点被认为是构建轻量化吸波材料的理想框架。与大多数传统的多孔材料制备方法相比，如微乳液模板法、发泡法、反向模板法等，定向冻结法不仅能获得高度有序的孔隙结构，而且能有效调节多孔材料的孔径和壁厚。

公开号为CN113086965A的中国专利文献公开了一种壳聚糖基氮掺杂碳气凝胶吸波材料及其制备方法，包括以下步骤：将壳聚糖溶于稀醋酸溶剂中，得到壳聚糖前驱体溶液，随后倒入冷铸模具中进行定向冷冻，通过冷冻干燥得到壳聚糖气凝胶，再进行碳化处理，得到壳聚糖基氮掺杂碳气凝胶；公开号为CN106898881A的中国专利文献公开了一种三维定向碳化硅纳米线/碳吸波气凝胶，该气凝胶以羧甲基纤维素钠CMC和碳化硅纳米线SiCnw为原料，通过冷冻干燥法和碳化工艺来制备得到；但是上述发明公开的吸波材料组分较为单一、设计相对简单，对于阻抗匹配优化和吸波性能提升效果有限，基于此，亟需设计一种兼具薄层、宽频、高效、轻质的电磁波吸收剂。

发明内容

本发明提供了一种负载空心氧化物纳米盒的三维定向多孔气凝胶的制备方法，制得的气凝胶材料中具有三维有序的定向碳基孔道、空心氧化物纳米盒和非均相碳/还原氧化石墨烯界面，进一步制得的吸波材料具有超宽电磁波吸收频带、优异的反射损耗和极低的填充比。

具体采用的技术方案如下：

一种负载空心氧化物纳米盒的三维定向多孔气凝胶的制备方法，包括以下步骤：

(1)利用定向冷冻法制备得到壳聚糖/氧化石墨烯气凝胶，进一步碳化后得到碳/还原氧化石墨烯气凝胶；

(2)在碳/还原氧化石墨烯气凝胶上负载空心结构的ZIF-67纳米盒；

(3)利用含M金属离子的溶液处理步骤(2)得到的气凝胶，干燥、退火后得到所述的负载空心氧化物纳米盒的三维定向多孔气凝胶；

所述的M金属离子为Ni²⁺、Fe²⁺、Cu²⁺、Zn²⁺或Mn²⁺中的一种。