CN111282522B - 一种金属有机框架复合气凝胶材料及其制备方法和用途 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种金属有机框架复合气凝胶材料及其制备方法和用途，属于功能材料领域。该复合气凝胶材料是将金属有机框架材料@纤维素气凝胶碳化后而得；所述金属有机框架材料@纤维素气凝胶是由金属有机框架材料和纤维素制备而得的气凝胶。该复合气凝胶材料具有优异的电磁屏蔽性能，其电磁屏蔽效能优于现有技术中的电磁屏蔽材料，其主要是通过对电磁波的吸收屏蔽电磁干扰，避免了电磁波二次反射造成的污染，克服了现有技术中电磁屏蔽材料可能会造成二次反射污染的问题。此外，该复合气凝胶材料密度低，是优良的轻质电磁屏蔽材料，可应用于军事装备领域、航天航空领域、民用电子设备领域，作为吸波材料和/或隐形材料，具有良好的应用前景。

Description

一种金属有机框架复合气凝胶材料及其制备方法和用途
技术领域
本发明属于功能材料领域，具体涉及一种金属有机框架复合气凝胶材料及其制备方法和用途。
背景技术
由于电磁波辐射会干扰电子设备和通信设备，甚至威胁人们的健康，因此电磁干扰(Electromagnetic Interference,EMI)屏蔽材料(简称电磁屏蔽材料)备受关注。通常EMI屏蔽机理包括三个过程：反射、吸收和多重反射。大多数电磁干扰屏蔽材料主要基于反射机理，但这可能会造成电磁波的二次反射污染。因此，开发一种以吸收为主的电磁干扰屏蔽材料十分重要，电磁波完全吸收是好的电磁干扰屏蔽材料的重要指标。同时，考虑到实际应用，轻便、耐腐蚀和具有多功能性也是电磁干扰屏蔽材料的重要指标。
现有报道的电磁屏蔽材料包括传统的金属和金属复合材料、三维气凝胶、多孔碳纳米线、纤维及相关的复合材料等。它们各有优劣，但是很难同时满足轻质和屏蔽电磁干扰以吸收为主这两个作为电磁屏蔽材料的重要指标。
其中，传统的金属和金属复合材料是用于屏蔽电磁波的常用材料，例如铜、铝和银等金属材料因具有超高的导电性能而作为电磁干扰屏蔽材料。但是，金属材料的高密度、低耐腐蚀和低耐氧化限制了它们的进一步应用。同时超高导电性能意味着对电磁波具有高反射率，虽然其具有很高的电磁干扰屏蔽效果，但是很容易造成电磁波的二次反射污染。
三维气凝胶(或泡沫，或海绵)由于具有高比表面积、低密度和多级孔结构，并对电磁波形成消散，成为电磁干扰屏蔽材料的重要选择。例如，Wu等合成了一种多孔的铜基泡沫，其密度为16.54mg/cm3，EMI屏蔽效能为52.5dB，虽然和金属材料相比，该泡沫的密度有效降低，但是该泡沫单位密度下屏蔽效能大约为3174dB·cm3·g-1，为了使用更加方便，其密度有待进一步降低，而屏蔽效能有待进一步提高。
高导电的多孔碳纳米线、纤维及相关的复合材料也被证明具有高性能的EMI屏蔽能力。Li等，通过使用碳纳米管(CNT)作为导电填料和纤维素气凝胶作为多孔载体，构建了具有出色EMI屏蔽能力的复合导电网络。但是，同样，这些具有高导电性能的电磁屏蔽材料表示其对电磁波具有高反射率，容易造成电磁波的二次污染。
因此，迫切需要寻找到一种既轻质，又具有强电磁波吸收能力的电磁干扰屏蔽材料，更好的应用于军事装备领域、航天航空领域、民用电子设备领域。
发明内容
本发明的目的是提供一种金属有机框架复合气凝胶材料及其制备方法和用途。
本发明提供了一种金属有机框架复合气凝胶材料，它是将金属有机框架材料@纤维素气凝胶碳化后而得；其中，所述金属有机框架材料@纤维素气凝胶是由金属有机框架材料和纤维素制备而得的气凝胶。
进一步地，所述碳化温度为100～1000℃；和/或，所述碳化时间为1～10h。
进一步地，所述碳化的温度为700～900℃；
优选地，所述碳化的温度为800～900℃；
和/或，所述碳化时间为1～3h；
更优选地，所述碳化在惰性气体气氛下进行。
进一步地，所述金属有机框架材料@纤维素气凝胶的制备方法包括如下步骤：
将金属有机框架材料分散于溶剂中，形成金属有机框架材料悬浮液；然后将金属有机框架材料悬浮液和纤维素混合，得到金属有机框架材料@纤维素悬浮液，再将悬浮液冷冻干燥，即得。
进一步地，所述溶剂为水；
和/或，所述金属有机框架材料悬浮液的浓度为5～10mg/mL；
和/或，所述纤维素为纤维素水溶液，所述纤维素水溶液的浓度为5～10mg/mL；
优选地，所述金属有机框架材料悬浮液和纤维素水溶液的体积比为(1:1)～(1:5)。
进一步地，
所述混合后常温搅拌，得到金属有机框架材料@纤维素悬浮液；
所述冷冻干燥为先放入液氮中冷冻，再冷冻干燥。
进一步地，所述金属有机框架材料为钴基金属有机框架材料或铁基金属有机框架材料；所述纤维素为纳米纤维素；
优选地，所述钴基金属有机框架材料为ZIF-67；
所述纳米纤维素为碳纳米纤维素。
本发明还提供了一种制备前述的金属有机框架复合气凝胶材料的方法，它包括如下步骤：
将金属有机框架材料@纤维素气凝胶碳化，即得；其中，所述金属有机框架材料@纤维素气凝胶是由金属有机框架材料和纤维素制备而得的气凝胶；
优选地，所述碳化温度为100～1000℃；和/或，所述碳化时间为1～10h；
和/或，所述金属有机框架材料@纤维素气凝胶制备方法包括如下步骤：
将金属有机框架材料分散于溶剂中，形成金属有机框架材料悬浮液；然后将金属有机框架材料悬浮液和纤维素混合，得到金属有机框架材料@纤维素悬浮液，再将悬浮液冷冻干燥，即得。
进一步地，所述碳化的温度为700～900℃；
优选地，所述碳化的温度为800～900℃；
和/或，所述碳化时间为1～3h；
更优选地，所述碳化在惰性气体气氛下进行。
本发明还提供了前述的金属有机框架复合气凝胶材料在制备电磁屏蔽材料中的用途；
优选地，所述金属有机框架复合气凝胶材料在制备吸波材料和/或隐形材料中的用途。
本发明中金属有机框架材料@纤维素气凝胶是表示由金属有机框架材料和纤维素作为原料制备而成的气凝胶。具体制备方法是将金属有机框架材料配置成金属有机框架材料悬浮液，然后将金属有机框架材料悬浮液和纤维素混合，得到含金属有机框架材料和纤维素的悬浮液(该悬浮液表示为金属有机框架材料@纤维素悬浮液)，再将悬浮液冷冻干燥，即得。
本发明中常温是指室温，即25±5℃；本发明中过夜是指12±2h。
本发明制备金属有机框架复合气凝胶材料时使用的金属有机框架材料和纤维素既可以通过实验室自制，如采用本发明实施例中所述的方法制备钴基金属有机框架材料ZIF-67和碳纳米纤维素，也可以在市场上购买。
本发明金属有机框架复合气凝胶材料具有优异的电磁屏蔽性能，在本发明碳化温度范围内，随着碳化温度增加，制备的复合气凝胶材料电磁屏蔽效能显著增加，其电磁屏蔽效能优于现有技术中的电磁屏蔽材料。同时，本发明金属有机框架复合气凝胶材料作为电磁屏蔽材料主要是通过对电磁波的吸收来屏蔽电磁干扰，而非是对电磁波的反射，避免了电磁波二次反射造成的污染，克服了现有技术中大多数电磁屏蔽材料可能会造成二次反射污染的问题。此外，本发明金属有机框架复合气凝胶材料密度低，是优良的轻质电磁屏蔽材料，可应用于军事装备领域、航天航空领域、民用电子设备领域，作为吸波材料和/或隐形材料，具有良好的应用前景。
显然，根据本发明的上述内容，按照本领域的普通技术知识和惯用手段，在不脱离本发明上述基本技术思想前提下，还可以做出其它多种形式的修改、替换或变更。
以下通过实施例形式的具体实施方式，对本发明的上述内容再作进一步的详细说明。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实例。凡基于本发明上述内容所实现的技术均属于本发明的范围。
附图说明
图1为本发明金属有机框架复合气凝胶材料的电磁屏蔽性能结果：A为8.2～12.4GHz频率范围内，不同碳化温度下制备的Co/C@CNF气凝胶的电磁屏蔽效能；B为不同碳化温度下制备的Co/C@CNF气凝胶在8.2～12.4GHz频率范围内的吸收系数；C为不同碳化温度下制备的Co/C@CNF气凝胶在8.2～12.4GHz频率范围内的反射系数；D为不同碳化温度下制备的Co/C@CNF气凝胶在8.2～12.4GHz频率范围内总平均屏蔽效能(SET)、吸收平均屏蔽效能(SEA)和反射平均屏蔽效能(SER)；E为不同碳化温度下制备的Co/C@CNF气凝胶对电磁波的吸收系数(A)、反射系数(R)和透射系数(T)。
具体实施方式
本发明具体实施方式中使用的原料、设备均为已知产品，通过购买市售产品获得。
实施例1、本发明金属有机框架复合气凝胶材料的制备
(1)金属有机框架材料ZIF-67的制备
室温下，采用Co(NO3)2和2-甲基咪唑在甲醇溶液中简单沉淀制备ZIF-67。具体制备方法如下：0.746g Co(NO3)2·6H2O溶于50ml甲醇中，形成溶液A；2.238g 2-甲基咪唑溶于50ml甲醇中，形成溶液B；将溶液A和溶液B混合后室温搅拌6h，并老化18h，然后离心洗涤，烘干即得ZIF-67。上述ZIF-67的制备方法参照文献Direct Synthesis of MOF-DerivedNanoporous Carbon with Magnetic Co Nanoparticles toward Efficient WaterTreatment(N.L.Torad,M.Hu,S.Ishihara,等.Small.2014,10(10):2096-2107.)
(2)CNF的制备
以软木浆为原料，采用典型的TEMPO氧化法制备碳纳米纤维素(CarbonNanofiber，CNF)。具体制备方法如下：称取1g纸板粉碎，加入100ml蒸馏水中，得软木浆溶液；称取0.1g NaBr，10mmol NaClO，0.016g四甲基哌啶氮氧化物(TEMPO)加入软木浆溶液中，用NaOH调节pH至10作用，常温反应12小时后，过筛，洗去多余试剂；调节浓度，超声1h，过滤得上层液，即得CNF水溶液(CNF的浓度为5mg/mL)。上述CNF水溶液的制备方法参照文献Characteristics and Properties of Carboxylated Cellulose NanocrystalsPrepared from a Novel One-Step Procedure(A.C.W.Leung,S.Hrapovic,E.Lam,等.Small.2011,7(3):302-305.)
(3)钴基金属有机框架复合气凝胶材料的制备
首先，将步骤(1)制备的ZIF-67分散在水中，得浓度为5mg/mL的ZIF-67悬浮液，然后将ZIF-67悬浮液(5mg/mL)与步骤(2)制备的CNF水溶液(5mg/mL)混合，ZIF-67悬浮液和CNF水溶液的体积比为1：1，混合后常温搅拌，得到ZIF-67@CNF悬浮液。将装有ZIF-67@CNF悬浮液的模具放置在液氮中冷冻，然后在冷冻干燥机中冻干，得到ZIF-67@CNF气凝胶。最后，在700℃碳化ZIF-67@CNF气凝胶得到Co/C@CNF气凝胶(即为本发明金属有机框架复合气凝胶材料，简写为Co/C@CNF-700)，具体制备方法为：在Ar气氛下的管式炉中碳化制备Co/C@CNF气凝胶，碳化条件为700℃加热3h，即得。
实施例2、本发明金属有机框架复合气凝胶材料的制备
(1)金属有机框架材料ZIF-67的制备
金属有机框架材料ZIF-67的制备方法同实施例1。
(2)CNF的制备
CNF的制备方法同实施例1。
(3)钴基金属有机框架复合气凝胶材料的制备
首先，将步骤(1)制备的ZIF-67分散在水中，得浓度为5mg/mL的ZIF-67悬浮液，然后将ZIF-67悬浮液(5mg/mL)与步骤(2)制备的CNF水溶液(5mg/mL)混合，ZIF-67悬浮液和CNF水溶液的体积比为1：1，混合后常温搅拌，得到ZIF-67@CNF悬浮液。将装有ZIF-67@CNF悬浮液的模具放置在液氮中冷冻，然后在冷冻干燥机中冻干，得到ZIF-67@CNF气凝胶。最后，在800℃碳化ZIF-67@CNF气凝胶得到Co/C@CNF气凝胶(即为本发明金属有机框架复合气凝胶材料，简写为Co/C@CNF-800)，具体制备方法为：在Ar气氛下的管式炉中碳化制备Co/C@CNF气凝胶，碳化条件为800℃加热3h，即得。
实施例3、本发明金属有机框架复合气凝胶材料的制备
(1)金属有机框架材料ZIF-67的制备
金属有机框架材料ZIF-67的制备方法同实施例1。
(2)CNF的制备
CNF的制备方法同实施例1。
(3)钴基金属有机框架复合气凝胶材料的制备
首先，将步骤(1)制备的ZIF-67分散在水中，得浓度为5mg/mL的ZIF-67悬浮液，然后将ZIF-67悬浮液(5mg/mL)与步骤(2)制备的CNF水溶液(5mg/mL)混合，ZIF-67悬浮液和CNF水溶液的体积比为1：1，混合后常温搅拌，得到ZIF-67@CNF悬浮液。将装有ZIF-67@CNF悬浮液的模具放置在液氮中冷冻，然后在冷冻干燥机中冻干，得到ZIF-67@CNF气凝胶。最后，在900℃碳化ZIF-67@CNF气凝胶得到Co/C@CNF气凝胶(即为本发明金属有机框架复合气凝胶材料，简写为Co/C@CNF-900)，具体制备方法为：在Ar气氛下的管式炉中碳化制备Co/C@CNF气凝胶，碳化条件为900℃加热3h，即得。
以下通过具体的试验例证明本发明的有益效果。
试验例1、本发明金属有机框架复合气凝胶材料电磁屏蔽性能的研究
1、试验方法
取实施例1～3制备的气凝胶进行电磁屏蔽性能的研究。在X波段中使用安捷伦矢量网络分析仪，将气凝胶样品制成尺寸为22.8×10mm2的矩形，然后放入网络分析仪中进行检测。
2、试验结果
图1为本发明金属有机框架复合气凝胶材料的电磁屏蔽性能结果。图1A为在8.2～12.4GHz频率范围内，不同碳化温度下制备的Co/C@CNF气凝胶的电磁干扰屏蔽效能(也叫电磁屏蔽效能或总电磁屏蔽效能，简写为EMI SET或SE)。由图1A可知：本发明制备的Co/C@CNF气凝胶，在频率范围内EMI SET的值较稳定，几乎没有变化，表明Co/C@CNF气凝胶的导电网路具有规则性和均匀性，对电磁波具有稳定的屏蔽性能。同时，由图1A可知：随碳化温度增加，Co/C@CNF气凝胶的EMI SET值增加，说明随着碳化温度增加，Co/C@CNF气凝胶的电磁屏蔽性能提高。在整个测量频率范围内(8.2～12.4GHz)，密度仅为1.74mg/cm3的Co/C@CNF气凝胶(Co/C@CNF-900)平均EMI SET为35.1dB，可以满足轻质材料的良好电磁屏蔽效果。
为了进一步获得科学的电磁屏蔽性能比较参数，引入屏蔽特定SE的评估指标SSE，SSE＝SE/ρ，此处ρ是指材料的密度，该指标对应于电磁干扰屏蔽效能(SE)和密度之比，表示电磁屏蔽材料单位密度下的屏蔽效能。密度为6.62mg/cm3(实施例1)和1.74mg/cm3(实施例3)的本发明Co/C@CNF气凝胶的SSE平均值分别为3036.3dB·cm3·g-1和20172.4dB·cm3·g-1。
为了进一步突出本发明Co/C@CNF气凝胶具有高电磁干扰屏蔽性能，将本发明Co/C@CNF气凝胶与现有技术中报道的气凝胶/泡沫/海绵体电磁干扰屏蔽材料的密度和表示电磁屏蔽性能的参数作了总结，并在表1中列出了具体的数值。由表1可知：本申请制备的气凝胶电磁屏蔽性能优于现有技术；例如，可压缩石墨烯/聚氨酯泡沫的密度为0.03g/cm3，其特定的EMI屏蔽性能SSE值仅为1923dB·cm3·g-1；Ag@C海绵具有0.00382g/cm3的低密度，但其特定的EMI屏蔽性能SSE值仅为9921dB·cm3·g-1。而本发明制备的气凝胶密度低至0.003g/cm3时，SSE值可高达13318.4dB·cm3·g-1～20172.4dB·cm3·g-1。说明本发明气凝胶不仅密度低，制备的材料轻质，而且在密度相近的情况下，现有技术中的电磁干扰屏蔽材料的SSE均低于本发明Co/C@CNF-800和Co/C@CNF-900气凝胶。进一步说明本发明制备的气凝胶与其他轻质材料的电磁屏蔽性能相比具有明显的优势。本发明具有优良电磁屏蔽性能的Co/C@CNF气凝胶在轻质EMI屏蔽材料领域具有更大的竞争力。
表1.各种电磁干扰屏蔽材料的电磁屏蔽性能
Figure BDA0002381749020000071
Figure BDA0002381749020000081
文献1：B.Shen,Y.Li,W.Zhai,W.Zheng,Compressible graphene-coated polymerfoams with ultralow density for adjustable electromagnetic interference(EMI)shielding,ACS Appl.Mater.Interfaces 8(12)(2016)8050-8057.
文献2：B.Shen,W.Zhai,M.Tao,J.Ling,W.Zheng,Lightweight MultifunctionalPolyetherimide Graphene@Fe3O4 Composite Foams for Shielding of ElectromagneticPollution,ACS Appl.Mater,Interfaces 5(2013)11383-11391.
文献3：J.Ling,W.Zhai,W.Feng,B.Shen,J.Zhang,W.g.Zheng,Facilepreparation of lightweight microcellular polyetherimide/graphene compositefoams for electromagnetic interference shielding,ACS Appl.Mater.Interfaces 5(7)(2013)2677-2684.
文献4：Z.Chen,C.Xu,C.Ma,W.Ren,H.M.Cheng,Lightweight and flexiblegraphene foam composites for high-performance electromagnetic interferenceshielding,Adv.Mater.25(9)(2013)1296-1300.
文献5：C.Wan,J.Li,Graphene oxide/cellulose aerogels nanocomposite:Preparation,pyrolysis,and application for electromagnetic interferenceshielding,Carbohydr.Polym.150(2016)172-179.
文献6：Y.Yuan,L.Liu,M.Yang,T.Zhang,F.Xu,Z.Lin,Y.Ding,C.Wang,J.Li,W.Yin,Lightweight,thermally insulating and stiff carbon honeycomb-inducedgraphene composite foams with a horizontal laminated structure forelectromagnetic interference shielding,Carbon 123(2017)223-232.
文献7：Q.Song,F.Ye,X.Yin,W.Li,H.Li,Y.Liu,K.Li,K.Xie,X.Li,Q.Fu,Carbonnanotube-multilayered graphene edge plane core-shell hybrid foams forultrahigh-performance electromagnetic-interference shielding,Adv.Mater.29(31)(2017)1701583.
文献8：M.Crespo,M.González,A.L.Elías,L.Pulickal Rajukumar,J.Baselga,M.Terrones,J.Pozuelo,Ultra-light carbon nanotube sponge as an efficientelectromagnetic shielding material in the GHz range,Phys.Status Solidi RRL 8(8)(2014)698-704.
文献9：Z.Zeng,H.Jin,M.Chen,W.Li,L.Zhou,Z.Zhang,Lightweight andanisotropic porous MWCNT/WPU composites for ultrahigh performanceelectromagnetic interference shielding,Adv.Funct.Mater.26(2)(2016)303-310.
文献10：C.-H.Cui,D.-X.Yan,H.Pang,L.-C.Jia,X.Xu,S.Yang,J.-Z.Xu,Z.-M.Li,A high heat-resistance bioplastic foam with efficient electromagneticinterference shielding,Chem.Eng.J.323(2017)29-36.
文献11：Y.J.Wan,P.L.Zhu,S.H.Yu,R.Sun,C.P.Wong,W.H.Liao,Anticorrosive,Ultralight,and Flexible Carbon-Wrapped Metallic Nanowire Hybrid Sponges forHighly Efficient Electromagnetic Interference Shielding,Small 14(27)(2018)1800534.
文献12：K.Ji,H.Zhao,J.Zhang,J.Chen,Z.Dai,Fabrication andelectromagnetic interference shielding performance of open-cell foam of a Cu–Ni alloy integrated with CNTs,Appl.Surf.Sci.311(2014)351-356.
文献13：Y.Yuan,X.Sun,M.Yang,F.Xu,Z.Lin,X.Zhao,Y.Ding,J.Li,W.Yin,Q.Peng,Stiff,thermally stable and highly anisotropic wood-derived carboncomposite monoliths for electromagnetic interference shielding,ACSAppl.Mater.Interfaces 9(25)(2017)21371-21381.
文献14：Z.Zeng,M.Chen,Y.Pei,S.I.Seyed Shahabadi,B.Che,P.Wang,X.Lu,Ultralight and flexible polyurethane/silver nanowire nanocomposites withunidirectional pores for highly effective electromagnetic shielding,ACSAppl.Mater.Interfaces 9(37)(2017)32211-32219.
文献15：Y.Sun,S.Luo,H.Sun,W.Zeng,C.Ling,D.Chen,V.Chan,K.Liao,Engineering closed-cell structure in lightweight and flexible carbon foamcomposite for high-efficient electromagnetic interference shielding,Carbon136(2018)299-308.
文献16：J.Liu,H.B.Zhang,R.Sun,Y.Liu,Z.Liu,A.Zhou,Z.Z.Yu,Hydrophobic,flexible,and lightweight MXene foams for high-performance electromagnetic-interference shielding,Adv.Mater.29(38)(2017)1702367.
对于电磁干扰屏蔽材料，电磁干扰屏蔽效能(SE)主要取决于吸收和反射的贡献，即SE＝SE(A)+SE(R)，这可以通过安捷伦矢量网络分析仪测量的S参数计算出来。通过S参数(S11和S12)获得功率系数，包括吸收系数(Absorbance，A)、反射系数(Reflectance，R)和透射系数(Transmittance，T)，计算公式如下：
R＝|S11|2；
T＝|S21|2；
A＝1-R-T；
SE＝-10logT。
图1B为Co/C@CNF气凝胶在8.2～12.4GHz整个测试频率范围内的吸收系数，图1C为Co/C@CNF气凝胶在8.2～12.4GHz整个测试频率范围内的反射系数，图1D显示了Co/C@CNF气凝胶在8.2～12.4GHz整个测试频率范围内总平均屏蔽效能(SET)、因吸收产生屏蔽的吸收平均屏蔽效能(SEA)和因反射产生屏蔽的反射平均屏蔽效能(SER)与碳化温度的关系。由图1B、1C和1D可知：SET和SEA均随碳化温度升高而增加，而SER随碳化温度增加而减少，说明本发明气凝胶对电磁干扰的屏蔽主要是利用吸收进行电磁屏蔽，且碳化温度越高，制备的电磁屏蔽材料对电磁波吸收能力越强。
为进一步阐明Co/C@CNF气凝胶的屏蔽EMI是以吸收为主，采用吸收系数(A)、反射系数(R)和透射系数(T)的功率系数来表征屏蔽材料对电磁波的吸收、反射和透射能力，分别评估电磁波与气凝胶相互作用的功率平衡，由S参数计算得到，结果如图1E所示，图1E中A为吸收系数，R为反射吸收，T为透射系数。从图1E可以看出，Co/C@CNF气凝胶具有超低的T值，且随着碳化温度的升高，T的振动变化很小，这说明气凝胶对入射电磁波有非常有效的屏蔽作用。同时，随着碳化温度的升高，吸收系数A呈现逐渐增大的趋势，反射系数R呈现出逐渐减小的趋势。说明碳化温度越高，所制备得到的Co/C@CNF气凝胶屏蔽电磁干扰越主要利用吸收进行屏蔽，可以避免反射造成的电磁波二次反射污染。
综上，本发明金属有机框架复合气凝胶材料具有优异的电磁屏蔽性能，在本发明碳化温度范围内，随着碳化温度增加，制备的复合气凝胶材料电磁屏蔽效能显著增加，其电磁屏蔽效能优于现有技术中的电磁屏蔽材料。同时，本发明金属有机框架复合气凝胶材料作为电磁屏蔽材料主要是通过对电磁波的吸收来屏蔽电磁干扰，而非是对电磁波的反射，避免了电磁波二次反射造成的污染，克服了现有技术中大多数电磁屏蔽材料可能会造成二次反射污染的问题。此外，本发明金属有机框架复合气凝胶材料密度低，是优良的轻质电磁屏蔽材料，可应用于军事装备领域、航天航空领域、民用电子设备领域，作为吸波材料和/或隐形材料，具有良好的应用前景。

Claims (9)

1.一种金属有机框架复合气凝胶材料，其特征在于：它是将金属有机框架材料@纤维素气凝胶碳化后而得；其中，所述金属有机框架材料@纤维素气凝胶是由金属有机框架材料和纤维素制备而得的气凝胶；
所述碳化温度为900℃；所述碳化时间为3h；
所述金属有机框架材料@纤维素气凝胶的制备方法包括如下步骤：
将金属有机框架材料分散于溶剂中，形成金属有机框架材料悬浮液；然后将金属有机框架材料悬浮液和纤维素混合，得到金属有机框架材料@纤维素悬浮液，再将悬浮液冷冻干燥，即得；
所述金属有机框架材料为钴基金属有机框架材料；所述纤维素为纳米纤维素；
所述溶剂为水；
所述金属有机框架材料悬浮液的浓度为5mg/mL；
所述纤维素为纤维素水溶液，所述纤维素水溶液的浓度为5mg/mL；
所述金属有机框架材料悬浮液和纤维素水溶液的体积比为1:1。
2.根据权利要求1所述的金属有机框架复合气凝胶材料，其特征在于：
所述碳化在惰性气体气氛下进行。
3.根据权利要求1所述的金属有机框架复合气凝胶材料，其特征在于：
所述混合后常温搅拌，得到金属有机框架材料@纤维素悬浮液；
所述冷冻干燥为先放入液氮中冷冻，再冷冻干燥。
4.根据权利要求1所述的金属有机框架复合气凝胶材料，其特征在于：
所述钴基金属有机框架材料为ZIF-67；
所述纳米纤维素为碳纳米纤维素。
5.一种制备权利要求1~4任一项所述的金属有机框架复合气凝胶材料的方法，其特征在于：它包括如下步骤：
将金属有机框架材料@纤维素气凝胶碳化，即得；其中，所述金属有机框架材料@纤维素气凝胶是由金属有机框架材料和纤维素制备而得的气凝胶；
所述碳化的温度为900℃；所述碳化时间为3h。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：所述金属有机框架材料@纤维素气凝胶制备方法包括如下步骤：
将金属有机框架材料分散于溶剂中，形成金属有机框架材料悬浮液；然后将金属有机框架材料悬浮液和纤维素混合，得到金属有机框架材料@纤维素悬浮液，再将悬浮液冷冻干燥，即得。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：所述碳化在惰性气体气氛下进行。
8.权利要求1~4任一项所述的金属有机框架复合气凝胶材料在制备电磁屏蔽材料中的用途。
9.根据权利要求8所述的用途，其特征在于：所述金属有机框架复合气凝胶材料在制备吸波材料和/或隐形材料中的用途。
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