CN111014711B - 一种多孔绒球状NiFe/C/Na2MoO4复合吸波材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多孔绒球状NiFe/C/Na2MoO4复合吸波材料,该吸波材料包括多孔绒球状Na2MoO4和NiFe/C纳米立方体,所述NiFe/C纳米立方体均匀分布在多孔绒球状Na2MoO4的表面。本发明以衍生自Mo2CTx的绒球状Na2MoO4为基体,衍生自NiFe‑MOF的NiFe/C纳米立方体为负载层,得到的复合材料解决了由MXene衍生的吸波材料形貌单一、吸波能力不足的问题,获得了良好的阻抗匹配和高效的电磁衰减能力,从而实现在2‑18 GHz频率范围内的薄、轻、宽、强等的吸波特性,是微波吸收材料的理想选择。
Description
技术领域
本发明属于吸波材料技术领域,具体涉及一种多孔绒球状NiFe/C/Na2MoO4复合吸波材料及其制备方法。
背景技术
随着电子信息技术的不断进步,电磁波已经渗透于各个领域,与此同时,电磁辐射已干扰给人们的生活和生产活动带来了严重的影响。因此,开发高效的电磁吸波材料,无论对军事还是民用都具有十分重要的意义。理想的吸波材料需要具备薄、轻、宽、强的吸收特点,同时也需要拥有良好的环境稳定性、多频带隐身等优点,以适应新型吸波材料的发展。
金属有机框架(MOFs)材料,经简单热处理可得到金属/多孔碳的复合结构,可同时引入电损耗和磁损耗,同时,具有比表面积大、制备工艺简单,形貌独特等显著的优势,常被用作吸波材料。新型的二维类石墨烯过渡金属碳化物或碳氮化物材料(MXene)因其拥有独特的高比表面积、优异的电子特性、良好的稳定性和力学性能、特殊的磁学性能等特性,在电磁屏蔽与吸收材料方向有广泛的应用。其中,Mo基的Mo2CTx MXene具有半导体特性,介电损耗能力优异,但以二维叠层状的结构为主,其他形貌的衍生材料尚未报道;且Mo2CTx材料单独使用时,存在吸收强度不高、吸收有效频带窄、阻抗匹配差的缺陷。因此,常常需要对其进行表面改性或复合,以改善其阻抗匹配特性,提升电磁波损耗衰减能力。
专利CN110290691A公开了一种片层状MXene负载钴铁氧体的复合吸波材料及其制备方法,该复合吸波材料通过片层状MXene表面富含的官能团,使钴铁氧体负载在MXene的层间或表面,形成介电-磁性两相异质结的微观结构,使得复合材料更有利于与空间的阻抗匹配。因此,该复合材料表现出宽频强电磁波吸收特性,反射率结果表明优于-10dB(90%吸收率)的频宽达7.2GHz,对应吸收峰达到-21.75dB。
发明内容
本发明的目的是提供一种多孔绒球状NiFe/C/Na2MoO4复合吸波材料及其制备方法,该复合材料解决了MXene衍生的吸波材料形貌单一且吸波能力不足的技术问题,获得了良好的阻抗匹配和高效的电磁衰减能力,从而实现在2-18 GHz频率范围内的薄、轻、宽、强等的吸波特性,是微波吸收材料的理想选择。
为了实现上述发明目的,本发明采用以下技术方案:
一种多孔绒球状NiFe/C/Na2MoO4复合吸波材料,包括多孔绒球状Na2MoO4和NiFe/C纳米立方体,所述NiFe/C纳米立方体均匀分布在多孔绒球状Na2MoO4的表面。
上述多孔绒球状NiFe/C/Na2MoO4复合吸波材料的制备方法,包括以下步骤:
步骤1,制备Mo2CTx材料:在搅拌条件下将Mo2GaC前驱体加至刻蚀剂水溶液中,密封搅拌反应,反应产物经离心洗涤后真空干燥,得到Mo2CTx材料;
步骤2,制备绒球状Na2MoO4材料:将步骤1得到的Mo2CTx材料均匀分散到含过氧化氢和氢氧化钠的混合水溶液中,将所得悬浮液转移至水热釜中进行水热反应,反应产物离心洗涤后干燥,得到绒球状Na2MoO4材料;
步骤3,制备NiFe-MOF/Na2MoO4复合材料:将步骤2得到的Na2MoO4材料、镍盐、铁盐以及柠檬酸钠加至水中,搅拌均匀后,密封,25℃放置24h,将所得产物离心洗涤后真空干燥,得到NiFe-MOF/Na2MoO4复合材料;
步骤4,制备 NiFe/C/Na2MoO4复合吸波材料:将步骤3得到的NiFe-MOF/Na2MoO4复合材料在600-800℃煅烧,冷却后,得到多孔绒球状的NiFe/C/Na2MoO4复合吸波材料;
其中,所述刻蚀剂为氟化氢,所述镍盐为氯化镍,铁盐为亚铁氰化钾。
进一步地,步骤1中刻蚀剂水溶液为40% v/v 氟化氢,刻蚀剂水溶液的用量为15-20 mL,Mo2GaC前驱体的用量为1.0-3.0 g。
进一步地,步骤2中Mo2CTx材料的用量0.1-0.3 g,所述过氧化氢和氢氧化钠的混合溶液是将1-3 mL 30% v/v的过氧化氢和2-4 g氢氧化钠溶解在40-60 mL去离子水中得到。
进一步地,步骤2中水热反应温度为150-200 ℃,反应时间为16-30 h。
进一步地,步骤3中Na2MoO4材料的用量为0.06-0.08g,氯化镍的用量为0.6-0.8g,亚铁氰化钾的用量为0.6-0.8 g,柠檬酸钠的用量为2.5-3.5 g,水的体积为100-120 mL。
进一步地,步骤4中NiFe-MOF/Na2MoO4复合材料用量为0.1-0.3 g,煅烧时升温速率为1-5℃/min,煅烧时间为2-4 h。
本发明以衍生自Mo2CTx的绒球状Na2MoO4为基体,衍生自NiFe-MOF的NiFe/C纳米立方体为负载层,得到的复合材料解决了由MXene衍生的吸波材料形貌单一、吸波能力不足的问题,获得了良好的阻抗匹配和高效的电磁衰减能力,从而实现在2-18 GHz频率范围内的薄、轻、宽、强等的吸波特性,是微波吸收材料的理想选择。
与现有技术相比,本发明的显著优点在于:
1、本发明首次以衍生自Mo2CTx的绒球状Na2MoO4为基体制备复合吸波材料,其独特的绒球状形貌,既可以实现对微波的多重反射及散射损耗,又可以有效调节阻抗匹配,是具有潜在应用价值的吸波材料。
2、制备的双金属NiFe-MOF在氮气氛下高温煅烧得到NiFe/C纳米立方体,其中,具有导电性的NiFe合金与多孔的无定形碳,在交变电磁场中可以通过电子转移和跃迁,增加电损耗;磁性的NiFe合金在引入磁损耗的同时又增加了界面极化损耗,由此将多种损耗机制有效的结合,从而增强微波衰减能力。
3. 本发明解决了MXene衍生的吸波材料形貌单一及吸波能力不足的问题,通过多元组分间的协同作用及独特的绒球状形貌,可实现良好的阻抗匹配,同时增强电磁衰减能力。因此,相对于传统吸波材料,所制备的复合吸波材料,结构新颖,为MXene衍生的吸波材料提供了一定的技术参考和理论依据。
具体实施方式
以下实施例进一步说明本发明的内容,但不应理解为对本发明的限制。在不背离本发明精神和实质的情况下,对本发明方法、步骤或条件所作的修改或替换,均属于本发明的范围。实施例中未注明具体条件的实验方法及未说明配方的试剂均为按照本领域常规条件。
实施例1
步骤1,制备Mo2CTx材料
量取40 %的HF水溶液20 mL于聚四氟乙烯反应釜内,称取Mo2GaC前驱体2.0 g,室温下在磁力搅拌转速为100 r/min 的条件下,将Mo2GaC前驱体在1.0 min内缓慢加入HF水溶液,反应釜密封,搅拌时间持续24 h。所得的产物中加入去离子水,离心分离,转速为3500rpm,每次离心3min。最后一次离心时,上清液的pH值在7.0附近。得到的产物在真空干燥箱中60 ℃烘干。
步骤2,制备绒球状Na2MoO4材料
室温下,称取2 g氢氧化钠溶解在40 mL去离子水,加入1 mL 30% v/v的过氧化氢制成混合溶液,将步骤1所制备的Mo2CTx称取0.1 g均匀分散到该混合溶液中,磁力搅拌25min,将所得悬浮液转移至聚四氟乙烯反应釜中, 180 ℃下水热反应16 h,将所得产物用蒸馏水和无水乙醇离心洗涤各3~5次,60℃下真空干燥。
步骤3,制备NiFe-MOF/Na2MoO4复合材料
将0.06 g步骤2得到的Na2MoO4材料与0.6 g氯化镍、0.6 g亚铁氰化钾、2.5 g柠檬酸钠,溶于100 mL水中,磁力搅拌30 min后,将所得溶液密封,室温下(25℃)放置24h,将所得产物加蒸馏水和无水乙醇离心洗涤3~5次后,60℃下真空干燥。
步骤4,制备NiFe/C/Na2MoO4复合吸波材料
将步骤3得到的NiFe-MOF/Na2MoO4复合材料称取0.1g转移至管式炉中,在N2流的保护氛围下600℃进行煅烧2 h。冷却到室温,即得到NiFe/C/Na2MoO4复合吸波材料。
常温下,在2~18 GHz波段的电磁波波段内,当制得样品在石蜡中填料量为20~30wt%,涂层厚度为2.0~3.0 mm时,最大反射损耗达到-20~-30 dB,有效宽带可达到3.0~4.5GHz。
实施例2
步骤1,制备Mo2CTx材料
量取40 %的HF水溶液15 mL于聚四氟乙烯反应釜内,称取Mo2GaC前驱体1.2 g,室温下在磁力搅拌转速为200 r/min 的条件下,将Mo2GaC前驱体在2.0 min内缓慢加入HF水溶液,反应釜密封,搅拌时间持续24 h。所得的产物中加入去离子水,离心分离,转速为3500rpm,每次离心3min。最后一次离心时,上清液的pH值在7.0附近。得到的产物在真空干燥箱中60 ℃烘干。
步骤2,制备绒球状Na2MoO4材料
室温下,称取2.4 g氢氧化钠溶解在60 mL去离子水,加入1 mL 30% v/v的过氧化氢制成混合溶液,将步骤1所制备的Mo2CTx称取0.15 g均匀分散到该混合溶液中,磁力搅拌25 min,将所得悬浮液转移至聚四氟乙烯反应釜中,160 ℃下水热反应反应16 h,将所得产物用蒸馏水和无水乙醇离心洗涤各3~5次,60℃下真空干燥。
步骤3,制备NiFe-MOF/Na2MoO4复合材料
将0.07 g步骤2得到的Na2MoO4材料与0.6 g氯化镍、0.7 g亚铁氰化钾、3.0 g柠檬酸钠,溶于120 mL水中,磁力搅拌30 min后,将所得溶液密封,室温下(25℃)放置24h,将所得产物加蒸馏水和无水乙醇离心洗涤3~5次后,60℃下真空干燥。
步骤4,制备NiFe/C/Na2MoO4复合吸波材料
将步骤3得到的NiFe-MOF/Na2MoO4复合材料称取0.1 g转移至管式炉中,在N2流的保护氛围下700℃进行煅烧2 h。冷却到室温,即得到NiFe/C/Na2MoO4复合吸波材料。
常温下,在2~18 GHz波段的电磁波波段内,当样品在石蜡中填料量为30~40 wt%,涂层厚度为2.5~3.5 mm时,最大反射损耗达到-30~-40 dB,有效宽带可达到3.3~4.8 GHz。
实施例3
步骤1,制备Mo2CTx材料
量取40 %的HF水溶液15 mL于聚四氟乙烯反应釜内,称取Mo2GaC前驱体2.0 g,室温下在磁力搅拌转速为300 r/min 的条件下,将Mo2GaC前驱体在3.0 min内缓慢加入HF水溶液,反应釜密封,搅拌时间持续48 h。所得的产物中加入去离子水,离心分离,转速为3500rpm,每次离心3min。最后一次离心时,上清液的pH值在7.0附近。得到的产物在真空干燥箱中60 ℃烘干。
步骤2,制备绒球状Na2MoO4材料
室温下,称取2 g氢氧化钠溶解在50 mL去离子水,加入2 mL 30% v/v的过氧化氢制成混合溶液,将步骤1所制备的Mo2CTx称取0.2 g均匀分散到该混合溶液中,磁力搅拌25min,将所得悬浮液转移至聚四氟乙烯反应釜中, 180 ℃下水热反应反应18 h,将所得产物用蒸馏水和无水乙醇离心洗涤各3~5次,60℃下真空干燥。
步骤3,制备NiFe-MOF/Na2MoO4复合材料
将0.08 g步骤2得到的Na2MoO4材料与0.8 g氯化镍,0.7 g亚铁氰化钾,3.2 g柠檬酸钠,溶于120 mL水中,磁力搅拌30 min后,将所得溶液密封,室温下(25℃)放置24h,将所得产物加蒸馏水和无水乙醇离心洗涤3~5次后,60℃下真空干燥。
步骤4,制备NiFe/C/Na2MoO4复合吸波材料
将步骤3得到的NiFe-MOF/Na2MoO4复合材料称取0.1 g转移至管式炉中,在N2流的保护氛围下800℃进行煅烧2 h。冷却到室温,即得到NiFe/C/Na2MoO4复合吸波材料。
常温下,在2~18 GHz波段的电磁波波段内,当样品在石蜡中填料量为25~35 wt%,涂层厚度为1.9~2.5 mm时,最大反射损耗达到-40~-50 dB,有效宽带可达到3.5~5.5 GHz。
实施例4
步骤1,制备Mo2CTx材料
量取40 %的HF水溶液20 mL于聚四氟乙烯反应釜内,称取Mo2GaC前驱体3.0 g,室温下在磁力搅拌转速为300 r/min 的条件下,将Mo2GaC前驱体在3.0 min内缓慢加入HF水溶液,反应釜密封,搅拌时间持续48 h。所得的产物中加入去离子水,离心分离,转速为3500rpm,每次离心3min。最后一次离心时,上清液的pH值在7.0附近。得到的产物在真空干燥箱中60 ℃烘干。
步骤2,制备绒球状Na2MoO4材料
室温下,称取3 g氢氧化钠溶解在60 mL去离子水,加入3 mL 30% v/v的过氧化氢制成混合溶液,将步骤1所制备的Mo2CTx称取0.3 g均匀分散到该混合溶液中,磁力搅拌25min,将所得悬浮液转移至聚四氟乙烯反应釜中, 160 ℃下水热反应反应24 h,将所得产物离心用蒸馏水和无水乙醇离心洗涤各3~5次,60℃下真空干燥。
步骤3,制备NiFe-MOF/Na2MoO4复合材料
将0.07 g步骤2得到的Na2MoO4材料与0.7g氯化镍,0.7 g亚铁氰化钾,3.0 g柠檬酸钠,溶于120 mL水中,磁力搅拌30 min后,将所得溶液密封,室温下(25℃)放置24h,将所得产物加蒸馏水和无水乙醇离心洗涤3~5次后,60℃下真空干燥。
步骤4,制备NiFe/C/Na2MoO4复合吸波材料
将步骤3得到的NiFe-MOF/Na2MoO4复合材料称取0.2 g转移至管式炉中,在N2流的保护氛围下700℃进行煅烧4 h。冷却到室温,即得到NiFe/C/Na2MoO4复合吸波材料。
常温下,在2~18 GHz波段的电磁波波段内,当样品在石蜡中填料量为25~35 wt%,涂层厚度为2.0~3.0 mm时,最大反射损耗达到-45~-55 dB,有效宽带可达到4.0~5.5 GHz。
本发明首次利用衍生自Mo2CTx的绒球状Na2MoO4为基体,衍生自NiFe-MOF的NiFe/C纳米立方体为负载层。所制备的复合材料解决了MXene衍生的吸波材料形貌单一及吸波能力不足的问题,获得了良好的阻抗匹配和高效的电磁衰减能力,从而实现在2-18 GHz频率范围内的薄、轻、宽、强等的吸波特性,是微波吸收材料的理想选择。
Claims (6)
1.一种多孔绒球状NiFe/C/Na2MoO4复合吸波材料,其特征在于:包括多孔绒球状Na2MoO4和NiFe/C纳米立方体,所述NiFe/C纳米立方体均匀分布在多孔绒球状Na2MoO4的表面;
该多孔绒球状NiFe/C/Na2MoO4复合吸波材料的制备方法包括以下步骤:
步骤1,制备Mo2CTx材料:在搅拌条件下将Mo2GaC前驱体加至刻蚀剂水溶液中,密封搅拌反应,反应产物经离心洗涤后真空干燥,得到Mo2CTx材料;
步骤2,制备绒球状Na2MoO4材料:将步骤1得到的Mo2CTx材料均匀分散到含过氧化氢和氢氧化钠的混合水溶液中,将所得悬浮液转移至水热釜中进行水热反应,反应产物离心洗涤后干燥,得到绒球状Na2MoO4材料;
步骤3,制备NiFe-MOF/Na2MoO4复合材料:将步骤2得到的Na2MoO4材料、镍盐、铁盐以及柠檬酸钠加至水中,搅拌均匀后,密封,25℃放置24h,将所得产物离心洗涤后真空干燥,得到NiFe-MOF/Na2MoO4复合材料;
步骤4,制备 NiFe/C/Na2MoO4复合吸波材料:将步骤3得到的NiFe-MOF/Na2MoO4复合材料在600-800℃ 煅烧,冷却后,得到多孔绒球状的NiFe/C/Na2MoO4复合吸波材料;
其中,所述刻蚀剂为氟化氢,所述镍盐为氯化镍,铁盐为亚铁氰化钾。
2.根据权利要求1所述的多孔绒球状NiFe/C/Na2MoO4复合吸波材料,其特征在于:步骤1中刻蚀剂水溶液为40% v/v 氟化氢,刻蚀剂水溶液的用量为15-20 mL,Mo2GaC前驱体的用量为1.0-3.0 g。
3.根据权利要求1所述的多孔绒球状NiFe/C/Na2MoO4复合吸波材料,其特征在于:步骤2中Mo2CTx材料的用量0.1-0.3 g,所述过氧化氢和氢氧化钠的混合溶液是将1-3 mL 30% v/v的过氧化氢和2-4 g氢氧化钠溶解在40-60 mL去离子水中得到。
4.根据权利要求1所述的多孔绒球状NiFe/C/Na2MoO4复合吸波材料,其特征在于:步骤2中水热反应温度为150-200 ℃,反应时间为16-30 h。
5.根据权利要求1所述的多孔绒球状NiFe/C/Na2MoO4复合吸波材料,其特征在于:步骤3中Na2MoO4材料的用量为0.06-0.08g,氯化镍的用量为0.6-0.8g,亚铁氰化钾的用量为0.6-0.8 g,柠檬酸钠的用量为2.5-3.5 g,水的体积为100-120 mL。
6.根据权利要求1所述的多孔绒球状NiFe/C/Na2MoO4复合吸波材料,其特征在于:步骤4中NiFe-MOF/Na2MoO4复合材料用量为0.1-0.3 g,煅烧时升温速率为1-5℃/min,煅烧时间为2-4 h。
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