CN113784606A

CN113784606A - 一种碳化钛和钴镍合金复合吸波材料及其制备方法

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Publication number: CN113784606A
Application number: CN202111156136.8A
Authority: CN
Inventors: 陈甜甜; 姚建涛; 张贵泉; 陈君; 刘薇
Original assignee: Xian Thermal Power Research Institute Co Ltd
Current assignee: Xian Thermal Power Research Institute Co Ltd
Priority date: 2021-09-29
Filing date: 2021-09-29
Publication date: 2021-12-10
Anticipated expiration: 2041-09-29
Also published as: CN113784606B

Abstract

本发明公开了一种碳化钛和钴镍合金复合吸波材料及其制备方法，该复合吸波材料包括两部分：Ti₃C₂T_X和钴镍合金，其中，Ti₃C₂T_X呈层状结构，钴镍合金呈颗粒状，形成二维复合材料。其制备方法包括：通过HF刻蚀得到层状Ti₃C₂T_X，将Ti₃C₂T_X与乙酸钴、乙酸镍和氢氧化钠混合，采用溶剂热法制备得到碳化钛和钴镍合金复合吸波材料。本发明制备的碳化钛和钴镍合金复合吸波材料具有良好的电磁吸收性能，制备过程简单，适合工业化大规模生产。

Description

一种碳化钛和钴镍合金复合吸波材料及其制备方法

技术领域

本发明属于吸波材料领域，具体涉及一种碳化钛和钴镍合金复合吸波材料及其制备方法。

背景技术

近年来，通信工业的蓬勃发展和各种电子设备的普及在给人民生活提供极大便利的同时，也造成了越发凸显的电磁污染问题。设计和制备高效吸波材料成为保护人体健康、保证电子设备正常运转的关键。

铁、钴、镍等金属软磁材料及其合金具有高饱和磁化强度和GHz范围内的高Snoek极限，因此比其他材料具有更理想的电磁波吸收能力。其中，钴镍合金具有较强的磁损耗，并且价格低廉、制备过程简单，在吸波领域受到广泛关注。然而，单组分钴镍合金存在密度大和单一的电磁波衰减机制等缺点。

Ti₃C₂T_X具有和石墨烯类似的二维结构和性质，通过刻蚀得到的Ti₃C₂T_X存在大量的官能团和缺陷，这些官能团和缺陷在一定程度上可以优化阻抗匹配。此外，Ti₃C₂T_X的电子对频率的辐射具有非线性响应的特点，具备一定的电损耗能力，同时Ti₃C₂T_X具有较大的表面积以及特殊的层状结构，易于满足吸波材料材料“薄、轻、宽、强”的要求，是一种极有发展前途的新型吸波剂。

发明内容

为了提高复合材料的电磁吸收性能，本发明的主要目的是为提供碳化钛和钴镍合金复合吸波材料及其制备方法，以达到优化阻抗匹配，实现多重损耗，从而提高材料的电磁吸收性能。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种碳化钛和钴镍合金复合吸波材料的制备方法，包括以下步骤：

将Ti₃AlC₂粉末加入HF溶液中，搅拌均匀进行反应；

反应结束后离心，干燥，得到多层Ti₃C₂T_X粉末；

将Ti₃C₂T_X分散在乙二醇中，加入乙酸钴、乙酸镍和氢氧化钠，搅拌均匀，得到混合溶液；

将混合溶液转移至高压反应釜并放入烘箱，温度升至180～220℃并保温反应；

将反应完成后的溶液洗涤，干燥，得到最终复合吸波材料。

作为本发明的进一步改进，Ti₃AlC₂粉末和HF溶液的配比为1g:(0.1～0.15)L。

作为本发明的进一步改进，Ti₃C₂T_X和乙酸钴的配比为(1:1)～(1:2)，乙酸钴和乙酸镍的质量比为(1:1)～(1:2)，乙酸钴和氢氧化钠的质量比为(1:3)～(1:4)，乙酸钴与乙二醇的配比为(4～8)g:1L。

作为本发明的进一步改进，所述反应结束后离心采用去离子水离心，重复数次，直至pH≈6。

作为本发明的进一步改进，所述将反应完成后的溶液洗涤中，采用乙醇洗涤。

作为本发明的进一步改进，两次干燥条件均为在60～100℃下真空干燥8～12h。

一种碳化钛和钴镍合金复合吸波材料，所述吸波材料包括Ti₃C₂T_X和钴镍合金两部分，该材料的反射率峰值在4.4GHz处为﹣32.4dB。

所述Ti₃C₂T_X的质量占比为吸波材料的20～40％，钴镍合金的质量占比为吸波材料的60～80％。

本发明提供的技术方案具有如下有益效果：

本发明将碳化钛和钴镍合金进行复合制备多元复合材料，以达到优化阻抗匹配，从而提高材料的电磁吸收性能；本发明采用溶剂热法，通过改变钴镍合金的含量，获得了较好的电磁吸收性能；本发明制备方法简单、生产成本低、后续处理简便并且无需复杂的合成设备。

本发明制备的碳化钛和钴镍合金复合吸波材料具有良好的电磁吸收性能，将碳化钛和钴镍合金复合，可实现复合材料的多重电磁损耗，提高复合材料的电磁吸收性能。制备过程简单，适合工业化大规模生产。

附图说明

图1是实施例1制得的碳化钛和钴镍合金复合吸波材料的SEM图；

图2是实施例1制得的碳化钛和钴镍合金复合吸波材料的反射率曲线。

具体实施方式

为使本领域技术人员可了解本发明的特点及效果，以下谨就说明书及权利要求书中提及的术语及用语进行一般性的说明及定义。除非另有指明，否则文中使用的所有技术及科学上的字词，均为本领域技术人员对于本发明所了解的通常意义，当有冲突情形时，应以本说明书的定义为准。

本文描述和公开的理论或机制，无论是对或错，均不应以任何方式限制本发明的范围，即本发明内容可以在不为任何特定的理论或机制所限制的情况下实施。

本文中，所有以数值范围或百分比范围形式界定的特征如数值、数量、含量与浓度仅是为了简洁及方便。据此，数值范围或百分比范围的描述应视为已涵盖且具体公开所有可能的次级范围及范围内的个别数值(包括整数与分数)。

本文中，若无特别说明，“包含”、“包括”、“含有”、“具有”或类似用语涵盖了“由……组成”和“主要由……组成”的意思，例如“A包含a”涵盖了“A包含a和其他”和“A仅包含a”的意思。

本文中，为使描述简洁，未对各个实施方案或实施例中的各个技术特征的所有可能的组合都进行描述。因此，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，各个实施方案或实施例中的各个技术特征可以进行任意的组合，所有可能的组合都应当认为是本说明书记载的范围。

本发明提供了碳化钛和钴镍合金复合吸波材料的制备方法，包括以下步骤：

1)将Ti₃AlC₂粉末加入HF溶液中，在室温下搅拌24～48h；Ti₃AlC₂粉末和HF溶液的配比为1g:(0.1～0.15)L。

2)反应结束后经去离子水离心，重复数次，直至pH≈6；

3)在60～100℃下真空干燥8～12h，得到多层Ti₃C₂T_X粉末；

4)将Ti₃C₂T_X分散在乙二醇中，加入乙酸钴、乙酸镍和氢氧化钠，搅拌均匀，得到混合溶液；Ti₃C₂T_X和乙酸钴的配比为1:1～1:2，乙酸钴和乙酸镍的质量比为1:1～1:2，乙酸钴和氢氧化钠的质量比为1:3～1:4，乙酸钴与乙二醇的配比为(4～8)g:1L。

5)将混合溶液转移至高压反应釜并放入烘箱，温度升至180～220℃并保温8～16h；

6)将反应完成后的溶液经乙醇洗涤数次，置于60～100℃的真空干燥箱中干燥8～12h，得到最终复合吸波材料。

本发明还提供一种碳化钛和钴镍合金复合吸波材料，基于上述方法制备得到，包括Ti₃C₂T_X和钴镍合金两部分，该材料的反射率峰值在4.4GHz处为﹣32.4dB。

所述Ti₃C₂T_X的质量为吸波材料的20～40％，钴镍合金的质量为吸波材料的60～80％。

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

下列实施例中使用本领域常规的仪器设备。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件，或按照制造厂商所建议的条件。下列实施例中使用各种原料，除非另作说明，都使用常规市售产品，其规格为本领域常规规格。在本发明的说明书以及下述实施例中，如没有特别说明，“％”都表示重量百分比，“份”都表示重量份，比例都表示重量比。

实施例1

步骤一：将0.2g Ti₃AlC₂粉末溶于30mL HF溶液中，在室温下搅拌24h，反应结束后通过去离子水进行离心，重复数次直至pH≈6。

步骤二：将步骤一中得到的溶液在60℃的干燥箱中真空干燥12h，得到多层Ti₃C₂T_X粉末。

步骤三：将Ti₃C₂T_X粉末分散于50mL乙二醇中，加入0.2g乙酸钴、0.2g乙酸镍和0.6g氢氧化钠，搅拌均匀，得到混合溶液。

步骤四：将步骤三中得到的混合溶液转移至高压反应釜并放入烘箱，温度逐渐升至180℃并保温16h，得到Ti₃C₂T_X和钴镍合金溶液。

步骤五：将步骤四中得到的Ti₃C₂T_X和钴镍合金溶液经乙醇洗涤数次，置于60℃的真空干燥箱中干燥12h，得到最终复合吸波材料。

实施例2

步骤一：将0.2g Ti₃AlC₂粉末溶于20mL HF溶液中，在室温下搅拌48h，反应结束后通过去离子水进行离心，重复数次直至pH≈6。

步骤二：将步骤一中得到的溶液在100℃的干燥箱中真空干燥8h，得到多层Ti₃C₂T_X粉末。

步骤三：将Ti₃C₂T_X粉末分散于50mL乙二醇中，加入0.4g乙酸钴、0.4g乙酸镍和1.2g氢氧化钠，搅拌均匀，得到混合溶液。

步骤四：将步骤三中得到的混合溶液转移至高压反应釜并放入烘箱，温度逐渐升至220℃并保温8h，得到Ti₃C₂T_X和钴镍合金溶液。

步骤五：将步骤四中得到的Ti₃C₂T_X和钴镍合金溶液经乙醇洗涤数次，置于100℃的真空干燥箱中干燥8h，得到最终复合吸波材料。

实施例3

步骤一：将0.2g Ti₃AlC₂粉末溶于25mL HF溶液中，在室温下搅拌30h，反应结束后通过去离子水进行离心，重复数次直至pH≈6。

步骤二：将步骤一中得到的溶液在80℃的干燥箱中真空干燥10h，得到多层Ti₃C₂T_X粉末。

步骤三：将Ti₃C₂T_X粉末分散于50mL乙二醇中，加入0.2g乙酸钴、0.3g乙酸镍和0.7g氢氧化钠，搅拌均匀，得到混合溶液。

步骤四：将步骤三中得到的混合溶液转移至高压反应釜并放入烘箱，温度逐渐升至200℃并保温12h，得到Ti₃C₂T_X和钴镍合金溶液。

步骤五：将步骤四中得到的Ti₃C₂T_X和钴镍合金溶液经乙醇洗涤数次，置于80℃的真空干燥箱中干燥10h，得到最终复合吸波材料。

实施例4

步骤三：将Ti₃C₂T_X粉末分散于50mL乙二醇中，加入0.2g乙酸钴、0.4g乙酸镍和0.8g氢氧化钠，搅拌均匀，得到混合溶液。

实施例5

步骤一：将0.2g Ti₃AlC₂粉末溶于25mL HF溶液中，在室温下搅拌24h，反应结束后通过去离子水进行离心，重复数次直至pH≈6。

步骤三：将Ti₃C₂T_X粉末分散于50mL乙二醇中，加入0.3g乙酸钴、0.5g乙酸镍和1g氢氧化钠，搅拌均匀，得到混合溶液。

步骤四：将步骤三中得到的混合溶液转移至高压反应釜并放入烘箱，温度逐渐升至180℃并保温12h，得到Ti₃C₂T_X和钴镍合金溶液。

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

参见图1，为本发明实施例1所制备的碳化钛和钴镍合金复合吸波材料的SEM图，可以看出，Ti₃C₂T_X呈层状结构，钴镍合金为颗粒状。

参见图2，为本发明实施例1所制备的碳化钛和钴镍合金复合吸波材料的反射率曲线，经过分析可知，其反射率峰值在4.4GHz处为﹣32.4dB。

因此本发明制备的碳化钛和钴镍合金复合吸波材料，该材料的反射率峰值在4.4GHz处为﹣32.4dB，获得了较好的电磁吸收性能。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

最后所应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims

1.一种碳化钛和钴镍合金复合吸波材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

将Ti₃AlC₂粉末加入HF溶液中，搅拌均匀进行反应；

反应结束后离心，干燥，得到多层Ti₃C₂T_X粉末；

将反应完成后的溶液洗涤，干燥，得到最终复合吸波材料。

2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，Ti₃AlC₂粉末和HF溶液的配比为1g:(0.1～0.15)L。

3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，Ti₃C₂T_X和乙酸钴的配比为(1:1)～(1:2)，乙酸钴和乙酸镍的质量比为(1:1)～(1:2)，乙酸钴和氢氧化钠的质量比为(1:3)～(1:4)，乙酸钴与乙二醇的配比为(4～8)g:1L。

4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，

所述反应结束后离心采用去离子水离心，重复数次，直至pH≈6。

5.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，

所述将反应完成后的溶液洗涤中，采用乙醇洗涤。

6.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，

两次干燥条件均为在60～100℃下真空干燥8～12h。

7.一种碳化钛和钴镍合金复合吸波材料，其特征在于，所述吸波材料包括Ti₃C₂T_X和钴镍合金两部分，该材料的反射率峰值在4.4GHz处为﹣32.4dB。

8.根据权利要求1所述碳化钛和钴镍合金复合吸波材料，其特征在于，所述Ti₃C₂T_X的质量占比为吸波材料的20～40％，钴镍合金的质量占比为吸波材料的60～80％。