CN109233742B - 一种碳基复合吸波剂及其制备方法 - Google Patents

一种碳基复合吸波剂及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及功能性碳基复合材料制备技术领域，具体涉及一种碳基复合吸波剂及其制备方法，通过利用高温自生压力法技术，以碳基材料前驱体为主，同时引入含有铁、钴、镍等元素的前驱体化合物，通过预先处理，在密闭容器内借助高温分解产生压力的方法，即在高温自生压力环境下，使碳和铁磁性元素重新排列组合，形成新型复合物，原位制备形成碳基复合材料。从根本上实现了碳材料通过化学镀进行表面镀和内部填充的复合过程，完成了兼具电损耗和磁损耗复合材料的制备，避免了对预先得到的碳材料的纯化、敏化、镀液配置、化学镀过程、后处理等一系列复杂过程，同时大大提高了该类复合粉体电磁波吸收材料的制备效率以及实现了兼具电损耗和磁损耗特性优化。

Description

一种碳基复合吸波剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及功能性碳基复合材料制备技术领域，更具体而言，涉及一种碳基复合吸波剂及其制备方法。
背景技术
随着信息技术和电子科技的迅速发展，我们所在生活环境中的电磁因素日益复杂，由此带来的电磁辐射变得日趋严重，充斥在人们生活空间的电磁辐射在保证正常电子信息设备工作的同时，也给人们带来了一定危害。作为对这种电磁辐射危害的有效防护措施之一，电磁防护材料发挥着越来越重要的作用。
传统的电磁防护材料主要是借助理想导体的电磁屏蔽作用原理、导电类材料对电磁波的电损耗以及铁氧体等磁性材料对电磁波的磁损耗特性，来实现对电磁辐射的有效防护。其中，最有影响力的材料之一碳材料（如炭黑、石墨等）以及新型碳纳米材料（富勒烯、石墨烯、碳纳米管等）由于其特定组成及其结构特征，作为电磁波吸收剂，对电磁波表现出明显的电损耗特性，但其本身磁损耗特性往往较差。传统方法往往采取内部填充、外部包覆等电镀和化学镀等方法，对碳基材料进行磁化处理，但往往效率较低，效果不够显著。
发明内容
为了克服现有技术中所存在的不足，本发明提供一种碳基复合吸波剂及其制备方法，解决传统内部填充、外部包覆等电镀和化学镀等效率低、效果不显著等问题，通过一步法原位得到碳基复合吸波剂。
为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案为：
一种碳基复合吸波剂，以碳基材料为前驱体，原位复合含铁磁性物质元素的前驱体化合物，在高温自生压力环境下，使碳和铁磁性元素重新排列组合，形成碳基复合材料。
一种碳基复合吸波剂的制备方法，包括以下步骤：
S1、选择前驱体，对前驱体进行预混合，制备前驱体液态混合物；
S2、取S1中液态前驱体混合物置于不锈钢密闭反应容器中；
S3、将不锈钢密闭反应容器置于电阻炉腔内，通入惰性保护气体；
S4、均匀升温至700-750℃，保温一段时间后冷却到室温，得到碳基复合吸波剂。
优选地，所述前驱体为含碳和铁磁性物质元素的前驱体化合物或有机金属化合物，使前驱体按元素组成比例的特定设计进行预混合。
优选地，所述铁磁性物质元素包括铁、钴、镍。
优选地，所述S1中前驱体包括液态前驱体与固态前驱体；
所述前驱体物态全部为液态时，前驱体液态混合物制备方法为：采用量筒、移液管量取液体前驱体，混合后搅拌均匀。
所述前驱体物态全部为固态时，前驱体液态混合物制备方法为：采用电子天平、分析天平称量固态前驱体，将固态前驱体置于有机溶剂中进行溶解、分散、搅拌均匀；
所述前驱体物态为固态和液态时，前驱体液态混合物制备方法为：称量前驱体，将固态前驱体置于液态前驱体中进行溶解、分散、搅拌均匀。
优选地，所述有机溶剂为乙醇、丙醇、苯、二硫化碳、四氢呋喃、石油醚、丙酮、四氯化碳、汽油、柴油中的一种。其中以有机金属化合物为前驱体时，八羰基合二钴Co2(CO)8溶解于乙醇、乙醚、苯、二硫化碳等；五羰基铁Fe(CO)5溶解于丙酮、汽油、苯等熔剂；四羰基镍Ni(CO)4溶解于乙醇、四氯化碳、苯等溶剂。
优选地，所述S3中惰性气体通气时间为50-70min，气体流量为150-200sccm，惰性保护气体氮气，排除炉腔空气，避免混合物与空气进行反应。
优选地，所述S4中升温速率为2-5℃/min。
优选地，所述S4中保温时间为20-30min。
与现有技术相比，本发明所具有的有益效果为：
本发明提供了一种碳基复合吸波剂及其制备方法，通过高温自生压力过程，在前驱体处理方面进行了元素组成比例的特定设计，在碳材料生成的同时，完成了碳原子与杂原子的复合过程，即在碳原子与铁钴镍等铁磁性原子随着前驱体气化分解进而重新排列组合过程中，实现了复合与固化。从根本上实现了碳材料通过化学镀进行表面镀和内部填充的复合过程，完成了兼具电损耗和磁损耗复合材料的制备，避免了对预先得到的碳材料的纯化、敏化、镀液配置、化学镀过程、后处理等一系列复杂过程，同时大大提高了该类复合粉体电磁波吸收材料的制备效率以及实现了兼具电损耗和磁损耗特性优化。
附图说明
图1为碳基复合吸波剂的透射电子显微镜图像。
具体实施方式
下面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，都属于本发明保护的范围。
一种碳基复合吸波剂，以碳基材料为前驱体，原位复合含铁磁性物质元素的前驱体化合物，在高温自生压力环境下，使碳和铁磁性元素重新排列组合，形成碳基复合材料。
实施例1
一种碳基复合吸波剂的制备方法，包括以下步骤：
S1、选择前驱体，对前驱体进行预混合，制备前驱体液态混合物；
S2、取S1中液态前驱体混合物置于不锈钢密闭反应容器中；
S3、将不锈钢密闭反应容器置于电阻炉腔内，通入惰性保护气体；
S4、均匀升温至700-750℃，保温一段时间后冷却到室温，得到碳基复合吸波剂。
在实施例中，所述前驱体为含碳和铁磁性物质元素的前驱体化合物或有机金属化合物，使前驱体按元素组成比例的特定设计进行预混合。
在实施例中，所述铁磁性物质元素包括铁、钴、镍。
在实施例中，所述S1中前驱体包括液态前驱体与固态前驱体；
所述前驱体物态全部为液态时，前驱体液态混合物制备方法为：采用量筒、移液管量取液体前驱体，混合后搅拌均匀。
所述前驱体物态全部为固态时，前驱体液态混合物制备方法为：采用电子天平、分析天平称量固态前驱体，将固态前驱体置于有机溶剂中进行溶解、分散、搅拌均匀；
所述前驱体物态为固态和液态时，前驱体液态混合物制备方法为：称量前驱体，将固态前驱体置于液态前驱体中进行溶解、分散、搅拌均匀。
在实施例中，所述有机溶剂包括乙醇、丙醇、苯、四氢呋喃、石油醚、汽油、柴油。
在实施例中，所述S3中惰性气体通气时间为50-70min，气体流量为150-200sccm，惰性保护气体氮气，排除炉腔空气，避免混合物与空气进行反应。
在实施例中，所述S4中升温速率为2-5℃/min。
在实施例中，所述S4中保温时间为20-30min。
实施例2
S1、选择二茂铁、四氢呋喃为前驱体，称取5.0-10.0g二茂铁，量取10-20ml四氢呋喃，将其置于容积为50ml的烧杯中，将烧杯置于磁力搅拌器进行磁力搅拌混合，不加热，搅拌速度由低速逐步增高，保持在中速搅拌，搅拌时间5-10min，待二茂铁溶解均匀，停止搅拌，制得前驱体液态混合物；
S2、采用移液管将S1中前驱体液态混合物转移到不锈钢密闭反应器中，转移量为10-15ml，不超过不锈钢密闭反应器的2/3容积；
S3、利用台钳将S2中盛有前驱体混合液的不锈钢密闭反应容器拧紧，将拧紧的不锈钢密闭反应容器置于管式电阻炉腔内，通入惰性气体氮气，时间为50-70min，气体流量150-200sccm，以排除炉腔内的空气；
S4、待空气排除，状态稳定时，以2.5℃/min的升温速率，使管式电阻炉升至700℃-750℃，并保持该温度20-30min，以使管式炉腔中不锈钢密闭反应器中的前驱体进行充分反应，然后程序控温或自然降至室温，取出不锈钢密闭反应器，并用台钳打开，得到碳基复合吸波剂。
实施例3
S1、选择二茂铁、石油醚、无水乙醇为前驱体，称取5.0-10.0g二茂铁，量取5-10ml石油醚，量取5-10ml无水乙醇，将石油醚置于50ml的烧杯中，将二茂铁溶解于石油醚中采用玻璃棒初步搅拌混合，然后用磁力搅拌器进行磁力搅拌混合，待固体颗粒物消失，转入到无水乙醇中，然后进行磁力搅拌，搅拌时间10-15min，制得前驱体液态混合物；
S2、采用玻璃棒将S1中前驱体液态混合物引流到不锈钢密闭反应器中，转移量为10-15ml，不超过不锈钢密闭反应器的2/3容积；
S3、利用台钳将S2中盛有前驱体混合液的不锈钢密闭反应容器拧紧，将拧紧的不锈钢密闭反应容器置于管式电阻炉腔内，通入惰性气体氮气，时间为50-70min，气体流量150-200sccm，以排除炉腔内的空气；
S4、待空气排除，状态稳定时，以2.5℃/min的升温速率，使管式电阻炉升至700℃-750℃，并保持该温度20-30min，以使管式炉腔中不锈钢密闭反应器中的前驱体进行充分反应，然后程序控温或自然降至室温，取出不锈钢密闭反应器，并用台钳打开，得到碳基复合吸波剂。
实施例4
S1、选择八羰基合二钴Co2(CO)8、无水乙醇为前驱体，称取6.0-10.0g Co2(CO)8，量取10-20ml无水乙醇，将无水乙醇置于50ml的烧杯中，将Co2(CO)8溶解于无水乙醇中，采用磁力搅拌器进行室温磁力搅拌混合，搅拌时间5-10min，待固体颗粒物消失，制得前驱体液态混合物；
S2、利用玻璃棒引流将S1中前驱体液态混合物引流到不锈钢密闭反应器中，转移量为15-20ml，不超过不锈钢密闭反应器的2/3容积；
S3、利用台钳将S2中盛有前驱体混合液的不锈钢密闭反应容器拧紧，将拧紧的不锈钢密闭反应容器置于管式电阻炉腔内，通入惰性气体氮气，时间为50-70min，气体流量150-200sccm，以排除炉腔内的空气；
S4、待空气排除，状态稳定时，以2.5℃/min的升温速率，使管式电阻炉升至700℃-750℃，并保持该温度20-30min，以使管式炉腔中不锈钢密闭反应器中的前驱体进行充分反应，然后程序控温或自然降至室温，取出不锈钢密闭反应器，并用台钳打开，得到碳基复合吸波剂。
图1为上述实施例制备的碳基复合吸波剂的透射电子显微镜（TEM）图像，具有电损耗特性的碳材料和磁损耗特性的铁磁性材料实现了在纳米尺度范围的复合。
上面仅对本发明的较佳实施例作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化，各种变化均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种碳基复合吸波剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、选择前驱体，对前驱体进行预混合，制备前驱体液态混合物；
所述S1中前驱体包括液态前驱体与固态前驱体；
前驱体液态混合物制备方法为：称量固态前驱体，将固态前驱体置于液态前驱体中进行溶解、分散、搅拌均匀；
所述固态前驱体为含碳和铁磁性物质元素的有机金属化合物；
所述液态前驱体为乙醇、丙醇、苯、二硫化碳、四氢呋喃、石油醚、丙酮、四氯化碳、汽油、柴油中的一种；
S2、取S1中液态前驱体混合物置于不锈钢密闭反应容器中；
S3、将不锈钢密闭反应容器置于电阻炉腔内，通入惰性保护气体；
S4、均匀升温至700-750℃，保温一段时间后冷却到室温，得到碳基复合吸波剂。
2.根据权利要求1所述的一种碳基复合吸波剂的制备方法，其特征在于：所述铁磁性物质元素包括铁、钴、镍。
3.根据权利要求1所述的一种碳基复合吸波剂的制备方法，其特征在于：所述S3中惰性气体通气时间为50-70min，气体流量为150-200sccm。
4.根据权利要求1所述的一种碳基复合吸波剂的制备方法，其特征在于：所述S4中升温速率为2-5℃/min。
5.根据权利要求1所述的一种碳基复合吸波剂的制备方法，其特征在于：所述S4中保温时间为20-30min。
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