CN109757091A - 一种钴MOFs电磁吸波剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种钴MOFs电磁吸波剂，所述电磁吸波剂呈一维棒状结构，一维棒状结构上均匀分布有多个孔结构。本发明还公开了上述钴MOFs电磁吸波剂的制备方法，制备具有MOFs结构的前驱体；将前驱体在惰性气氛保护下高温热处理，得到具有多孔结构的一维钴微米棒。本发明以特定金属有机框架为前驱体一步制得高纯度、高结晶度的钴微米棒，制备工艺简单、成本低，可实现规模化大批量生产；制得的电磁吸波剂磁导率高，损耗能力强。

Description

一种钴MOFs电磁吸波剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种钴MOFs电磁吸波剂，还涉及上述钴MOFs电磁吸波剂的制备方法，属于微波吸收材料技术领域。

背景技术

由于电磁技术的快速发展，民用及军用领域对高效电磁材料的需求逐渐增大。近年研究发现，金属有机框架衍生物具有优异的电磁性质，可成为绝佳的轻质高效电磁吸波材料。例如，Shi等人以草酸钴为前驱体，在空气中热处理后获得了多孔Co3O4纤维，它不仅具有优良的电磁吸波特性，还具有良好的光催化性能(Dalton Transactions 2017，46，1936)。Wang等以铁氧体修饰后的ZIF-67为前驱体，成功制备了铁氧体/钴/多孔碳复合材料。多重损耗机制的存在，阻抗匹配的改善均使得所制备产物具有优良的反射损耗特性(Chemical Engineering Journal 2017，326，945)。然而当前的金属有机框架衍生电磁吸波剂的磁导率普遍较低，不仅限制了损耗能力的增强，也限制了阻抗匹配的调整。

发明内容

发明目的：本发明所要解决的技术问题是提供一种钴MOFs电磁吸波剂，该电磁吸波剂磁导率高，损耗能力强。

本发明还要解决的技术问题是提供上述钴MOFs电磁吸波剂的制备方法，该制备方法简单，无需复杂的合成设备，可规模化大批量生产。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案为：

一种钴MOFs电磁吸波剂，所述电磁吸波剂呈一维棒状结构，一维棒状结构上均匀分布有多个孔结构。

其中，棒状结构的长度为1～30μm，棒状结构的直径为1～20μm，棒状结构上孔的孔径为50～1000nm。

上述钴MOFs电磁吸波剂的制备方法，具体包括如下步骤：

步骤1，制备前驱体：将所需量的钴盐和甲酸溶解于N，N-二甲基甲酰胺(DMF)中，得到混合物料，将混合物料置于80～120℃下进行溶剂热反应，将反应后的产物经分离、清洗、干燥，得到具有MOFs结构的前驱体；溶剂热反应得到前驱体为Co₃[HCOO]₆·DMF前驱体，前驱体呈平行六面体；钴盐和甲酸形成MOFs骨架，DMF分子嵌入在MOFs骨架的孔结构中，起到支撑MOFs骨架的作用；

步骤2，制备钴微米棒：将步骤1的前驱体在惰性气氛保护下高温热处理，得到具有多孔结构的一维钴微米棒。

其中，步骤1中，所述钴盐为硝酸钴、氯化钴、硫酸钴或乙酸钴。

其中，步骤1中，所述钴盐的加入质量为1～16g，所述甲酸的加入体积为1～20mL，所述N，N-二甲基甲酰胺的体积为20～80mL。

其中，步骤1中，溶剂热反应的时间为1～48h。

其中，步骤2中，热处理升温速率为1～20℃·min^-1，热处理的温度为350～450℃，热处理的时间为1～8h。

本发明制得的钴微米棒由钴颗粒相互连结组成，微米棒的长度约为1～30μm，微米棒的直径约为1～20μm；高温热处理后，MOFs骨架收缩，得到具有多孔结构的钴微米棒，孔均匀分布于钴微米棒中，孔径约为50～1000nm。

高纯度、高结晶度使得钴微米棒具有高饱和磁化强度，微米级一维结构使得钴微米棒具有低矫顽力，进而拥有强磁损耗能力；同时，金属特性及一维微米结构均有利于增加电磁吸波剂的导电特性。

与现有技术相比，本发明技术方案具有的有益效果为：

本发明以特定金属有机框架为前驱体一步制得高纯度、高结晶度的钴微米棒，制备工艺简单、成本低，可实现规模化大批量生产；通过控制热处理金属有机骨架的工艺参数，获得了产物结晶度、长度、直径和孔径参数均可调的钴微米棒，经参数优化后，确保得到的钴微米棒具有高饱和磁化强度，低矫顽力及高磁导率，从而具备优良的磁损耗特性，金属特性及一维多孔结构的存在使得材料具有极强的导电能力，确保了充足的介电损耗能力。本发明为金属电磁材料的合成及发展提供了新的思路。

附图说明

图1为本发明实施例1制得的Co₃[HCOO]₆·DMF前驱体的SEM照片；

图2为本发明实施例1制得的钴微米棒的SEM照片；

图3为本发明实施例1制得的钴微米棒的XRD谱图；

图4为本发明实施例1制得的钴微米棒的电磁参数图；

图5为本发明实施例2制得的钴微米棒的SEM照片；

图6为本发明实施例2制得的钴微米棒的XRD谱图；

图7为本发明实施例2制得的钴微米棒的电磁参数图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的技术方案做进一步说明，但是本发明要求保护的范围并不局限于此。

实施例1

本发明钴MOFs电磁吸波剂的制备方法，具体包含如下步骤：

步骤1：在56mL N，N-二甲基甲酰胺中加入8g六水合硝酸钴和7mL甲酸，完全搅拌溶解后，在100℃下溶剂热反应24h；将反应后的产物经过滤、洗涤、干燥后，得到前驱体Co₃[HCOO]₆·DMF平行六面体；

步骤2：将前驱体粉末在N₂气氛中以5℃/min的升温速率升至400℃并保温5h，自然冷却后得到钴微米棒。

实施例2

本发明钴MOFs电磁吸波剂的制备方法，具体包含如下步骤：

步骤1：在56mL N，N-二甲基甲酰胺中加入8g六水合硝酸钴和7mL甲酸，完全搅拌溶解后，在100℃下溶剂热反应24h；将反应后的产物经过滤、洗涤、干燥后，得到前驱体Co₃[HCOO]₆·DMF平行六面体；

步骤2：将前驱体粉末在N₂气氛中以5℃/min的升温速率升至600℃并保温5h，自然冷却后得到钴微米棒。

图1为本发明实施例1制得的Co₃[HCOO]₆·DMF前驱体的SEM照片，从图1可以看出，所制备的前驱体具有明显均一的平行六面体结构，且表面光滑，平行六面体的长度约为15μm，宽度约为2μm。

图2为本发明实施例1制得的钴微米棒的SEM照片，从图2可以看出，平行六面体结构保持较为完整，但长度大幅缩短为8μm左右，直径缩短为2μm左右，同时可以看出钴微米棒由大量钴颗粒组成，且相互之间形成孔道结构，孔径约为200nm。

图3为本发明实施例1制得的钴微米棒的XRD谱图，从图3中只能找出属于六角晶型和立方晶型的钴，说明样品具有极高的纯度。另外衍射峰强度高，说明结晶度较高。

图4本发明实施例1制得的钴微米棒的电磁参数图(填充度为50wt％)。复介电常数实部在17左右波动，虚部在3左右起伏，说明样品具有较强的介电性能。原因在于金属特性以及宏观一维的多孔结构。同时，起始磁导率接近1.5，高于绝大多数同类电磁吸波剂，主要原因在于样品具有极强的磁性。

图5为本发明实施例2制得的钴微米棒的SEM照片，从图5可以看出，样品长度及直径相比于前驱体均进一步降低，且孔道结构已基本消失，原因在于高温环境下，颗粒逐渐生长聚集。

图6本发明实施例2制得的钴微米棒的XRD谱图，从其中只能观察到属于立方晶型金属钴的衍射峰，说明样品的纯度高。另外，衍射峰强度也较强，表面样品的结晶度也较高。

图7本发明实施例2制得的钴微米棒的电磁参数图。从图7可以看出，复介电常数实部在7左右波动，虚部在1左右起伏。相较于实施例1制得的钴微米棒，实施例2制得的钴微米棒复介电常数降低的主要原因在于一维尺寸的缩小及孔道结构的坍塌，使得导电网络难以构建，复磁导率也有所降低，说明样品的磁性也有所减弱。

本发明以特定金属有机框架为前驱体一步制得高纯度、高结晶度的钴微米棒，高纯度，高结晶度使得钴微米棒具有高饱和磁化强度，微米级一维结构使得钴微米棒具有低矫顽力，进而拥有强磁损耗能力；同时，金属特性及一维微米结构均有利于增加电磁吸波剂的导电特性，本发明对金属电磁材料的合成与发展起到了促进作用。

Claims (7)

1.一种钴MOFs电磁吸波剂，其特征在于：所述电磁吸波剂呈一维棒状结构，一维棒状结构上均匀分布有多个孔结构。

2.根据权利要求1所述的钴MOFs电磁吸波剂，其特征在于：棒状结构的长度为1～30μm，棒状结构的直径为1～20μm，棒状结构上孔的孔径为50～1000nm。

3.一种权利要求1所述的钴MOFs电磁吸波剂的制备方法，其特征在于，具体包括如下步骤：

步骤1，制备前驱体：将所需量的钴盐和甲酸溶解于N，N-二甲基甲酰胺中，得到混合物料，将混合物料置于80～120℃下进行溶剂热反应，将反应后的产物经分离、清洗、干燥，得到具有MOFs结构的前驱体；

步骤2，制备钴微米棒：将步骤1的前驱体在惰性气氛保护下高温热处理，得到具有多孔结构的一维钴微米棒。

4.根据权利要求3所述的钴MOFs电磁吸波剂的制备方法，其特征在于：步骤1中，所述钴盐为硝酸钴、氯化钴、硫酸钴或乙酸钴。

5.根据权利要求3所述的钴MOFs电磁吸波剂的制备方法，其特征在于：步骤1中，所述钴盐的加入质量为1～16g，所述甲酸的加入体积为1～20mL，所述N，N-二甲基甲酰胺的体积为20～80mL。

6.根据权利要求3所述的钴MOFs电磁吸波剂的制备方法，其特征在于：步骤1中，溶剂热反应的时间为1～48h。

7.根据权利要求3所述的钴MOFs电磁吸波剂的制备方法，其特征在于：步骤2中，热处理升温速率为1～20℃·min^-1，热处理的温度为350～450℃，热处理的时间为1～8h。