CN105860496B - 吸波材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种吸波材料及其制备方法。该制备方法包括以下步骤：S1，对含有吸波材料和有机多孔聚合物的复合材料进行压缩处理，使复合材料处于压缩状态；S2，对处于压缩状态的复合材料的一侧表面进行加热处理，对与一侧表面相对的另一侧表面进行散热处理；S3、解除复合材料的压缩状态。该制备方法提供了一种简单的粒子密度具有梯度变化特点的复合材料的制备方法，且通过调整对复合材料的压缩量，能够实现对其浓度梯度的控制；并且，由上述制备方法得到的复合材料不仅具有很高的电磁波吸收特性，同时对电磁波的反射也大大降低，从而得到了一种性能优异的电磁波吸收材料。
Description
技术领域
本发明涉及材料技术领域，具体而言，涉及一种吸波材料及其制备方法。
背景技术
随着电子信息技术的迅猛发展，周围空间中出现的电磁波也越来越多样化，为了避免电子器件之间的相互干扰以及对人身体健康的影响，吸波材料在电子技术领域和人体防护方面有着重要的应用。
由于吸波材料需要在减小对电磁波反射的同时获得最大的电磁吸收，因此常规结构的吸波材料通常很难满足其要求。现有技术中通常通过构造多层结构的吸波材料，并使每层材料的电学特性逐渐变化，以减小电磁波的反射。此外，还可以通过控制氧化时间制备电磁吸收物质的密度具有梯度变化特点的吸波材料(Journal of the European CeramicSociety 33(2013)647)。然而，上述实现吸波物质密度梯度变化的方法均很繁琐。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种吸波材料及其制备方法，以解决现有技术中实现吸波物质密度梯度变化的方法均很繁琐的问题。
为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种吸波材料的制备方法，包括以下步骤：S1，对含有吸波材料和有机多孔聚合物的复合材料进行压缩处理，使复合材料处于压缩状态；S2，对处于压缩状态的复合材料的一侧表面进行加热处理，对与一侧表面相对的另一侧表面进行散热处理；以及S3，解除复合材料的压缩状态。
进一步地，吸波材料为纳米粒子，优选纳米粒子选自Ag、Au、Cu、Ni、Co、碳纳米管、氧化石墨烯、Fe3O4和Fe2O3中的任一种或多种。
进一步地，有机多孔聚合物为热塑性多孔聚合物，优选为聚氨酯。
进一步地，加热处理的温度小于有机多孔聚合物的软化温度，优选加热处理的温度为120-170°，加热处理的时间为0.5～2h。
进一步地，压缩处理的步骤包括：将复合材料放置于第一导热板和第二导热板之间；利用第一导热板和第二导热板对复合材料施压。
进一步地，在将复合材料放置于第一导热板和第二导热板之间的步骤中，将第一导热板和第二导热板平行设置，优选第一导热板和第二导热板为金属板。
进一步地，在利用第一导热板和第二导热板对复合材料施压的步骤中，调整第一导热板和第二导热板之间的距离，以将复合材料压缩，压缩量优选为初始厚度的1/3～2/3。
进一步地，步骤S2包括：对第一导热板加热，以对一侧表面进行加热处理；对第二导热板散热，以对另一侧表面进行散热处理。
进一步地，将第一导热板与加热板接触，以对第一导热板加热。
根据本发明的另一方面，提供了一种吸波材料，该吸波材料由上述的制备方法制备而成。
应用本发明的技术方案，提供了一种吸波材料的制备方法，由于该方法通过将具有电磁波吸收特性的纳米粒子和有机多孔聚合物制备复合材料，并将复合材料进行压缩处理，使复合材料处于压缩状态，然后对处于压缩状态的复合材料的一侧表面进行加热处理，对与一侧表面对应的另一侧表面进行散热处理，从而利用热塑性有机聚合物形变程度与处理温度相关的特点，使压缩状态的复合材料处于一个温度梯度中，复合材料的不同温度处形变的程度不同，从而在解除复合材料的压缩状态后，复合材料的不同温度处保持了不同程度的压缩状态，形成了粒子密度梯度变化的复合材料，进而提供了一种简单的粒子密度具有梯度变化特点的复合材料的制备方法，且通过调整对复合材料的压缩量，能够实现对其浓度梯度的控制；并且，由上述制备方法得到的复合材料不仅具有很高的电磁波吸收特性，同时对电磁波的反射也大大降低，从而得到了一种性能优异的电磁波吸收材料。
除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1示出了本申请实施方式所提供的吸波材料的制备方法的流程示意图；
图2示出了本申请实施例1所提供的吸波材料的反射特性测试图；以及
图3示出了本申请实施例1所提供的吸波材料的吸收特性测试图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
由背景技术可知，现有技术中实现吸波物质密度梯度变化的方法均很繁琐。本发明的发明人针对上述问题进行研究，提供了一种吸波材料的制备方法，如图1所示，包括以下步骤：S1，对含有吸波材料和有机多孔聚合物的复合材料进行压缩处理，使复合材料处于压缩状态；S2，对处于压缩状态的复合材料的一侧表面进行加热处理，对与一侧表面相对的另一侧表面进行散热处理；S3，解除复合材料的压缩状态。
该制备方法通过将具有电磁波吸收特性的纳米粒子和有机多孔聚合物制备复合材料，并将复合材料进行压缩处理，使复合材料处于压缩状态，然后对处于压缩状态的复合材料的一侧表面进行加热处理，对与一侧表面相对的另一侧表面进行散热处理，从而利用热塑性有机聚合物形变程度与处理温度相关的特点，使压缩状态的复合材料处于一个温度梯度中，复合材料的不同温度处形变的程度不同，从而在解除复合材料的压缩状态后，复合材料的不同温度处保持了不同程度的压缩状态，形成了粒子密度梯度变化的复合材料，进而提供了一种简单的粒子密度具有梯度变化特点的复合材料的制备方法，且通过调整对复合材料的压缩量，能够实现对其浓度梯度的控制；并且，由上述制备方法得到的复合材料不仅具有很高的电磁波吸收特性，同时对电磁波的反射也大大降低，从而得到了一种性能优异的电磁波吸收材料。
下面将更详细地描述根据本发明提供的吸波材料的制备方法的示例性实施方式。然而，这些示例性实施方式可以由多种不同的形式来实施，并且不应当被解释为只限于这里所阐述的实施方式。应当理解的是，提供这些实施方式是为了使得本申请的公开彻底且完整，并且将这些示例性实施方式的构思充分传达给本领域普通技术人员。
首先，执行步骤S1：对含有吸波材料和有机多孔聚合物的复合材料进行压缩处理，使复合材料处于压缩状态。为了使复合材料具有较强的吸波能力，上述复合材料中的吸波材料优选为具有电磁波吸收特性的纳米粒子，纳米粒子可以包括Ag、Au、Cu、Ni和Co等金属纳米粒子、碳纳米管和氧化石墨烯等非金属粒子以及Fe3O4和Fe2O3等磁性纳米粒子；并且，为了使聚合物能够具有较大的弹性，以降低压缩处理对聚合物性能的影响，上述复合材料中的有机多孔聚合物优选为热塑性多孔聚合物，更优选为聚氨酯。但并不局限于上述优选的材料种类，本领域技术人员可以根据现有技术对吸波材料和有机多孔聚合物的种类进行选取。
在一种优选的实施方式中，对含有吸波材料和有机多孔聚合物的复合材料进行压缩处理的步骤包括：将复合材料放置于第一导热板和第二导热板之间；利用第一导热板和第二导热板对复合材料施压。上述优选的实施方式仅利用两块导热板即实现了对复合材料的压缩处理，从而提供了一种简单的压缩处理方法。
在上述将复合材料放置于第一导热板和第二导热板之间的步骤中，优选地，将第一导热板和第二导热板平行设置。通过两个平行设置的导热板对复合材料进行夹持，并通过导热板对复合材料进行施压，能够使压力平均地施加于复合材料的表面，从而在后续对复合材料热处理并解除复合材料的压缩状态后，能够使得到的吸波材料具有变化量稳定的密度梯度，从而进一步提高了吸波材料的电磁波吸收特性。上述导热板可以为金属板，金属板具有导热快且耐压的特点，从而能够有效地实现对复合材料的压缩处理，但并不局限于上述优选的材料，本领域技术人员可以根据现有技术对导热板的材料进行选取。
在上述利用第一导热板和第二导热板对复合材料施压的步骤中，优选地，调整第一导热板和第二导热板之间的距离，以将复合材料压缩。在对两块导热板间施加一定的压力以使复合材料压缩后，可以通过螺栓固定第一导热板和第二导热板的间距，从而使复合材料处于压缩状态。通过上述第一导热板和第二导热板施压后的复合材料，其压缩量优选为初始厚度的1/3～2/3。将复合材料的压缩量限定在上述优选的参数范围内，能够使复合材料在解除压缩状态后，其不同温度处的压缩状态能够具有明显的差别，从而形成了粒子密度梯度变化明显的吸波材料。
在完成步骤S1之后，执行步骤S2：对处于压缩状态的复合材料的一侧表面进行加热处理，对与一侧表面相对的一侧表面进行散热处理。上述步骤利用热塑性有机聚合物形变程度与处理温度相关的特点，使压缩状态的复合材料处于一个温度梯度中，复合材料的不同温度处形变的程度不同。为了避免热处理对有机多孔聚合物结构的破坏及性能的影响，优选地，加热处理的温度小于有机多孔聚合物的软化温度；并且，由于加热温度过低会导致复合材料中的温度梯度不明显，加热处理的温度优选为120-170℃，加热处理的时间优选为0.5～2h。
当在步骤S1中利用第一导热板和第二导热板对复合材料进行压缩处理，以使复合材料处于压缩状态时，在一种优选的实施方式中，步骤S2包括：对第一导热板加热，以对一侧表面进行加热处理；对第二导热板散热，以对另一侧表面进行散热处理。更为优选地，将第一导热板与加热板接触，以对第一导热板加热。通过对第一导热板进行加热，以实现对复合材料的间接加热，并通过对第二导热板进行散热，以实现对复合材料的间接散热，从而避免了当温度较高时直接加热对复合材料造成的破坏。
在完成步骤S2之后，执行步骤S3：解除复合材料的压缩状态。复合材料由压缩状态恢复为原始的非压缩状态，此时复合材料的不同温度处保持了不同程度的压缩状态，在靠近热源处的材料由于仍保持压缩状态时的粒子密度而具有较大密度，而远离热源处的材料由于恢复为未压缩时的粒子密度而具有较低密度，进而形成了粒子密度梯度变化的复合材料。
当在步骤S2中利用第一导热板和第二导热板对复合材料进行热处理，以使复合材料中形成一个温度梯度时，优选地，在步骤S3中，将复合材料从第一导热板和第二导热板之间取出。由于上述复合材料通过第一导热板和第二导热板的施压而处于压缩状态，从而当解除第一导热板和第二导热板对复合材料的施压后，复合材料能够由压缩状态恢复原始的非压缩状态，而不同温度处保持了不同程度的压缩状态，进而形成了粒子密度梯度变化的复合材料。
根据本申请的另一个方面，提供了一种吸波材料，吸波材料由上述的制备方法制备而成。该吸波材料由于采用上述制备方法制备而成，从而不仅具有很高的电磁波吸收特性，同时对电磁波的反射也大大降低，得到了一种性能优异的电磁波吸收材料。
下面将结合实施例和对比例进一步说明本申请提供的吸波材料的制备方法。
实施例1
本实施例提供的吸波材料的制备方法包括以下步骤：
利用银纳米粒子制备得到的银溶胶，将聚氨酯海绵浸入银溶胶中吸收胶体溶液，并将聚氨酯海绵放置于80℃在烘箱中干燥处理得到银纳米粒子/聚氨酯复合材料；利用铝制成的第一导热板和第二导热板夹持上述复合材料，施加压力以缩小第一导热板和第二导热板之间的距离，以将复合材料压缩为初始厚度的1/4，并通过螺栓固定；然后，将第一导热板与110℃的热板接触，第二导热板与散热器接触，热处理20min，以在复合材料中形成一个温度梯度；最后，将所述复合材料从所述第一导热板和所述第二导热板之间取出。
实施例2
本实施例提供的图形化石墨烯的制备方法与实施例1的区别在于：
缩小第一导热板和第二导热板之间的距离以将复合材料压缩为初始厚度的1/3；
将第一导热板与120℃的热板接触，第二导热板与散热器接触，热处理2h，以在复合材料中形成一个温度梯度。
实施例3
本实施例提供的图形化石墨烯的制备方法与实施例1的区别在于：
缩小第一导热板和第二导热板之间的距离以将复合材料压缩为初始厚度的2/3；
将第一导热板与170℃的热板接触，第二导热板与散热器接触，热处理30min，以在复合材料中形成一个温度梯度。
实施例4
本实施例提供的吸波材料的制备方法包括以下步骤：
缩小第一导热板和第二导热板之间的距离以将复合材料压缩为初始厚度的1/2；
将第一导热板与140℃的热板接触，第二导热板与散热器接触，热处理1h，以在复合材料中形成一个温度梯度。
利用波导，对材料的电磁反射特性进行测试上述实施例1至4中吸波材料的反射特性，测得，测试结果如下表和图2所示，其中，RL8至RL12分别表示吸波材料在频率(GHz)为8～12GHz处的反射损失(dB)。
通过波导测试，获取材料的反射系数和透射系数，经过简单计算得到上述实施例1至4中吸波材料的电磁吸收特性，测试结果如下表和图3所示，其中，A8至A12分别表示吸波材料在频率(GHz)为8～12GHz处的吸收率(％)。
从上述测试结果可以看出，本申请实施例1至4中制备的吸波材料均具有较好的反射特性和吸收特性，从而使吸波材料能够具有较好的吸波性能；其中，实施例1中吸波材料的反射特性测试图如图2所示，吸收特性测试图如图3所示。
从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：
1、提供了一种简单的粒子密度具有梯度变化特点的复合材料的制备方法，且可以通过调整对复合材料的压缩量，以实现对其浓度梯度的控制；
2、由上述制备方法得到的复合材料不仅具有很高的电磁波吸收特性，同时对电磁波的反射也大大降低，从而得到了一种性能优异的电磁波吸收材料。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (11)
1.一种吸波材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1，对含有吸波材料和有机多孔聚合物的复合材料进行压缩处理，使所述复合材料处于压缩状态；
S2，对处于压缩状态的所述复合材料的一侧表面进行加热处理，对与所述一侧表面相对的另一侧表面进行散热处理；以及
S3，解除所述复合材料的压缩状态；
其中，所述压缩处理的步骤包括：将所述复合材料放置于第一导热板和第二导热板之间，利用所述第一导热板和所述第二导热板对所述复合材料施压；在利用所述第一导热板和所述第二导热板对所述复合材料施压的步骤中，调整所述第一导热板和所述第二导热板之间的距离，以将所述复合材料压缩；压缩量为初始厚度的1/3～2/3；所述加热处理的温度小于所述有机多孔聚合物的软化温度，所述加热处理的温度为120-170℃。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述吸波材料为纳米粒子。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述纳米粒子选自Ag、Au、Cu、Ni、Co、碳纳米管、氧化石墨烯、Fe3O4和Fe2O3中的任一种或多种。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述有机多孔聚合物为热塑性多孔聚合物。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述有机多孔聚合物为聚氨酯。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述加热处理的时间为0.5～2h。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在将所述复合材料放置于第一导热板和第二导热板之间的步骤中，将所述第一导热板和所述第二导热板平行设置。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述第一导热板和第二导热板为金属板。
9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S2包括：
对所述第一导热板加热，以对所述一侧表面进行加热处理；
对所述第二导热板散热，以对所述另一侧表面进行散热处理。
10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，将所述第一导热板与加热板接触，以对所述第一导热板加热。
11.一种吸波材料，其特征在于，所述吸波材料由权利要求1至10中任一项所述的制备方法制备而成。
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