CN115216865A - Cu9S5负载的氮、硫掺杂碳质纤维材料及其制备方法和应用 - Google Patents
Cu9S5负载的氮、硫掺杂碳质纤维材料及其制备方法和应用 Download PDFInfo
- Publication number
- CN115216865A CN115216865A CN202210997734.6A CN202210997734A CN115216865A CN 115216865 A CN115216865 A CN 115216865A CN 202210997734 A CN202210997734 A CN 202210997734A CN 115216865 A CN115216865 A CN 115216865A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- carbonaceous
- sulfur
- nitrogen
- carbon
- fiber
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 98
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 57
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 55
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 52
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 title claims abstract description 51
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 18
- 239000002657 fibrous material Substances 0.000 title claims description 18
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims abstract description 84
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims abstract description 36
- 229920000049 Carbon (fiber) Polymers 0.000 claims abstract description 30
- 239000004917 carbon fiber Substances 0.000 claims abstract description 30
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 21
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 20
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims abstract description 16
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 15
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 14
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 13
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 13
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 claims abstract description 5
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims abstract description 4
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims abstract description 3
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims abstract description 3
- 238000001354 calcination Methods 0.000 claims description 12
- 239000002121 nanofiber Substances 0.000 claims description 12
- ZMXDDKWLCZADIW-UHFFFAOYSA-N N,N-Dimethylformamide Chemical group CN(C)C=O ZMXDDKWLCZADIW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 11
- OPQARKPSCNTWTJ-UHFFFAOYSA-L copper(ii) acetate Chemical group [Cu+2].CC([O-])=O.CC([O-])=O OPQARKPSCNTWTJ-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 8
- 238000001523 electrospinning Methods 0.000 claims description 8
- UMGDCJDMYOKAJW-UHFFFAOYSA-N thiourea group Chemical group NC(=S)N UMGDCJDMYOKAJW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 claims description 6
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 claims description 6
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 claims description 6
- 235000013855 polyvinylpyrrolidone Nutrition 0.000 claims description 6
- 229920000036 polyvinylpyrrolidone Polymers 0.000 claims description 6
- 239000001267 polyvinylpyrrolidone Substances 0.000 claims description 6
- 230000035484 reaction time Effects 0.000 claims description 6
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 5
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N Urea Natural products NC(N)=O XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 238000010041 electrostatic spinning Methods 0.000 claims description 4
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 claims description 4
- 239000002904 solvent Substances 0.000 claims description 4
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 3
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 3
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 claims description 3
- 238000009987 spinning Methods 0.000 claims description 3
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 claims description 2
- XTVVROIMIGLXTD-UHFFFAOYSA-N copper(II) nitrate Chemical compound [Cu+2].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O XTVVROIMIGLXTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- QJGQUHMNIGDVPM-UHFFFAOYSA-N nitrogen group Chemical group [N] QJGQUHMNIGDVPM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 239000005864 Sulphur Substances 0.000 claims 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 abstract description 35
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 33
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 abstract description 33
- 239000006096 absorbing agent Substances 0.000 abstract description 21
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 abstract description 21
- 239000012188 paraffin wax Substances 0.000 abstract description 9
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 abstract description 4
- 230000002195 synergetic effect Effects 0.000 abstract description 3
- 238000005457 optimization Methods 0.000 abstract 1
- 239000011358 absorbing material Substances 0.000 description 9
- YIWGJFPJRAEKMK-UHFFFAOYSA-N 1-(2H-benzotriazol-5-yl)-3-methyl-8-[2-[[3-(trifluoromethoxy)phenyl]methylamino]pyrimidine-5-carbonyl]-1,3,8-triazaspiro[4.5]decane-2,4-dione Chemical compound CN1C(=O)N(c2ccc3n[nH]nc3c2)C2(CCN(CC2)C(=O)c2cnc(NCc3cccc(OC(F)(F)F)c3)nc2)C1=O YIWGJFPJRAEKMK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 6
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 4
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 3
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 3
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 3
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 2
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 2
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 2
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 2
- 238000003837 high-temperature calcination Methods 0.000 description 2
- 238000009776 industrial production Methods 0.000 description 2
- 239000000696 magnetic material Substances 0.000 description 2
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 239000012299 nitrogen atmosphere Substances 0.000 description 2
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 2
- 238000001878 scanning electron micrograph Methods 0.000 description 2
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 2
- JPVYNHNXODAKFH-UHFFFAOYSA-N Cu2+ Chemical compound [Cu+2] JPVYNHNXODAKFH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- PFRUBEOIWWEFOL-UHFFFAOYSA-N [N].[S] Chemical compound [N].[S] PFRUBEOIWWEFOL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910003481 amorphous carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 239000002134 carbon nanofiber Substances 0.000 description 1
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 description 1
- 238000013329 compounding Methods 0.000 description 1
- 229910001431 copper ion Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 238000011049 filling Methods 0.000 description 1
- 238000001027 hydrothermal synthesis Methods 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 238000011056 performance test Methods 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 238000004729 solvothermal method Methods 0.000 description 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- D—TEXTILES; PAPER
- D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
- D01F—CHEMICAL FEATURES IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OF CARBON FILAMENTS
- D01F9/00—Artificial filaments or the like of other substances; Manufacture thereof; Apparatus specially adapted for the manufacture of carbon filaments
- D01F9/08—Artificial filaments or the like of other substances; Manufacture thereof; Apparatus specially adapted for the manufacture of carbon filaments of inorganic material
- D01F9/12—Carbon filaments; Apparatus specially adapted for the manufacture thereof
- D01F9/14—Carbon filaments; Apparatus specially adapted for the manufacture thereof by decomposition of organic filaments
- D01F9/20—Carbon filaments; Apparatus specially adapted for the manufacture thereof by decomposition of organic filaments from polyaddition, polycondensation or polymerisation products
- D01F9/21—Carbon filaments; Apparatus specially adapted for the manufacture thereof by decomposition of organic filaments from polyaddition, polycondensation or polymerisation products from macromolecular compounds obtained by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds
-
- D—TEXTILES; PAPER
- D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
- D01F—CHEMICAL FEATURES IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OF CARBON FILAMENTS
- D01F1/00—General methods for the manufacture of artificial filaments or the like
- D01F1/02—Addition of substances to the spinning solution or to the melt
- D01F1/10—Other agents for modifying properties
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
- H05K9/00—Screening of apparatus or components against electric or magnetic fields
- H05K9/0073—Shielding materials
- H05K9/0081—Electromagnetic shielding materials, e.g. EMI, RFI shielding
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Textile Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Shielding Devices Or Components To Electric Or Magnetic Fields (AREA)
Abstract
本发明公开了一种Cu9S5负载的氮、氧、硫掺杂碳质纤维电磁波吸收材料及其制备方法和应用。所述材料为一维碳质纤维相互堆叠的三维网络结构，碳质纤维中负载Cu、S、N、O元素。其中，Cu元素和S元素以化合物Cu9S5纳米颗粒的形式分布在碳质基中及其表面，少量的N元素、S元素和O元素与C元素以化学键的形式结合。碳质纤维的直径约为300nm，Cu9S5颗粒直径为100‑200nm。通过控制铜源和碳源的配比，调整碳与Cu9S5的比例，实现了碳纤维电磁参数的调控和阻抗匹配的优化，同时实现了多种损耗机制的协同作用。与石蜡复合后得到吸波体，获得了优良的吸收性能：当吸收体厚度为2.7mm时，最强吸收性能为‑65.454dB。
Description
技术领域
本发明属于电磁波吸收材料领域，具体涉及一种Cu9S5负载的氮、氧、硫掺杂碳质纤维电磁波吸收材料及其制备方法和应用。
背景技术
公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
碳纤维作为一种典型的导电损耗材料，由于其重量轻、理化性能稳定、导电性好等特点，在电磁波吸收材料中得到了广泛的应用。但是，由于损耗机制单一且阻抗匹配较差，碳纤维很难实现良好的电磁波吸收。解决以上问题的根本途径就是调整碳纤维的电磁参数。一般情况下，将碳纤维与磁性材料或金属氧化物材料进行复合可以实现对电磁参数的调节。然而，磁性材料具有易腐蚀和高密度的固有缺点，这限制了其实际应用。而金属氧化物多采用水热或溶剂热的方法制备，该方法不能用于材料的大量制备，不利于实际应用和工业生产。
发明内容
针对上述现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种Cu9S5负载的氮、氧、硫掺杂碳质纤维电磁波吸收材料及其制备方法和应用。本发明将Cu9S5和碳纤维有效地进行纳米尺度的复合，制备的Cu9S5负载的氮、硫掺杂碳质纤维材料具有吸收强度高，吸收频带宽，匹配厚度薄，填充量低，轻质等特点，同时本发明的制备方法简单易行、成本低，极具工业化应用前景。
为了解决以上技术问题，本发明的技术方案为：
第一方面，一种Cu9S5负载的氮、硫掺杂碳质纤维材料，所述Cu9S5负载的氮、硫掺杂碳质纤维材料为一维碳质纤维相互堆叠的三维网络结构，碳质纤维中负载Cu、S、N、O元素；其中，Cu元素和部分S元素以化合物Cu9S5纳米颗粒的形式分布在碳质基中及其表面，N元素、另一部分S元素和O元素与碳质纤维中的C元素以化学键的形式结合。
进一步的，碳质纤维的直径范围在200-400nm，更进一步的，约为300nm。
进一步的，Cu9S5颗粒直径为100-200nm。
本发明提供一种Cu9S5负载的氮、氧、硫掺杂碳质纤维材料，通过控制碳与Cu9S5的比例，实现了碳纤维电磁参数的调控和阻抗匹配的优化。复合材料可以实现多种的损耗机制协同作用。首先，纤维结构增强了碳材料本身的电导损耗。其次，Cu9S5纳米颗粒嵌入碳纤维中的层级结构会带来更丰富的界面，提供更多的界面极化损耗。最后，碳纤维中的N、O、S掺杂和Cu9S5中固有的偶极子产生极化损耗。同时，纤维堆叠的网状结构能有效引入空气，有利于提高材料的阻抗匹配性能。三维网状结构还可以增加散射效应，进一步提高电磁波的衰减能力。
第二方面，上述Cu9S5负载的氮、氧、硫掺杂碳质纤维材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)将铜源和碳源在溶剂中混合制成粘性电纺溶液，然后采用高压静电纺丝法对该粘性溶液进行纺丝，得到纳米纤维，再将该纳米纤维进行干燥和预氧化处理；
(2)将预氧化处理后的纳米纤维置于保护气氛中进行煅烧；
(3)将煅烧后的纳米纤维置于保护气氛中，使用过量的硫源进行煅烧，得到Cu9S5负载的氮、硫掺杂碳质纤维材料。
在本发明的一些实施方式中，所述铜源包括：乙酸铜(II)(Cu(CO2CH3)2·H2O)、硝酸铜(Cu(NO3)2·6H2O)中的任意一种。
在本发明的一些实施方式中，所述粘性电纺溶液中，用聚乙烯吡咯烷酮(PVP)提供电纺溶液粘度，同时，聚乙烯吡咯烷酮作为有机碳源，用N,N-二甲基甲酰胺(DMF)作为溶剂。
在本发明的一些实施方式中，所述电纺溶液中，铜源、碳源、DMF的添加比例为2-5mmol:1.0-2.0g:5-20mL；优选为2-3mmol:1.4g:10mL；进一步优选为3mmol:1.4g:10mL。
在本发明的一些实施方式中，所述高压静电纺丝法的电压为10-15kV。
在本发明的一些实施方式中，所述纳米纤维干燥温度为45-60℃，时间为12-24h。
在本发明的一些实施方式中，所述纳米纤维预氧化方法为：在150-200℃下保温2-3h。
在本发明的一些实施方式中，铜源中的铜离子转换成单质铜，碳源纤维转换成碳质纤维煅烧温度为700-1000℃，反应时间为0.5-5h；优选的，反应的温度为750-900℃，反应时间为1-2h。
在本发明的一些实施方式中，惰性气氛为氮气或氩气。
在本发明的一些实施方式中，煅烧过程中的升温速率为3-6℃/m/n。
在本发明的一些实施方式中，所述硫源为硫脲。
在本发明的一些实施方式中，单质铜转换成Cu9S5的煅烧温度为400-500℃，反应时间为0.2-0.5h。
上述Cu9S5负载的氮、氧、硫掺杂碳质纤维电磁波吸收材料在吸波领域中的应用。
本发明利用高压静电纺丝制备具有一维微观结构的碳质纳米纤维，纤维堆叠形成三维网络结构提供了更大的比表面积，有利于电磁波的多重反射和多重散射，促进电磁波吸收性能的进一步提高；在煅烧过程中，硫脲分解产生的H2S使得单质铜转换为Cu9S5，同时造成了碳质纤维中的硫掺杂，PVP作为有机碳源含有大量的N、O元素，在煅烧过程中N、O元素残留于碳质纤维中形成氮和氧的掺杂。
本发明的有益效果：
(1)本发明制备的Cu9S5负载的氮、氧、硫掺杂碳质纤维电磁波吸收材料，通过控制铜源和碳源的配比，调整碳与Cu9S5的比例，实现了碳纤维电磁参数的调控和阻抗匹配的优化。
(2)本发明制备的Cu9S5负载的氮、氧、硫掺杂碳质纤维电磁波吸收材料实现了多种损耗机制的协同作用，纤维堆叠形成的三维网络结构可以增强材料本身的导电损耗能力，而Cu9S5镶嵌于碳纤维上的层级结构提供了丰富的界面，促进了界面极化损耗。同时，碳纤维内部的氮、硫掺杂也促进了偶极子极化的产生。
(3)本发明制备的Cu9S5负载的氮、氧、硫掺杂碳质纤维电磁波吸收材料制备的电磁波吸收体具有轻质、厚度薄的特点。纤维的尺寸均匀，抗氧化和耐腐蚀能力较强。对比现有技术，本发明的制备工艺简单，方便安全，成本低，性能好，具有实际工业生产价值。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。
图1是实施例1制备的Cu9S5负载的氮、氧、硫掺杂碳质纤维吸波材料的SEM图。
图2是实施例1制备的Cu9S5负载的氮、氧、硫掺杂碳质纤维吸波材料的XRD图。
图3为实施例1制备的Cu9S5负载的氮、氧、硫掺杂碳质纤维吸波材料的XPS谱图；3a为包含C、N、Cu、S元素的全谱图，3b为C元素部分放大能谱图，3c为Cu元素部分放大能谱图，3d为S元素部分放大能谱图；
图4是实施例2制备的Cu9S5负载的氮、氧、硫掺杂碳质纤维吸收体的反射损耗图。
图5是实施例3制备的Cu9S5负载的氮、氧、硫掺杂碳质纤维吸收体的反射损耗图。
图6是实施例4制备的Cu9S5负载的氮、氧、硫掺杂碳质纤维吸收体的反射损耗图。
图7是实施例5制备的Cu9S5负载的氮、氧、硫掺杂碳质纤维吸收体的反射损耗图。
图8是实施例2、实施例3、实施例4和实施例5制备的Cu9S5负载的氮、氧、硫掺杂碳质纤维吸收体的电磁参数图。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本发明使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
实施例1
一种Cu9S5负载的氮、氧、硫掺杂碳质纤维电磁波吸收材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)将3mmol乙酸铜溶解于10ml DMF中，充分溶解后搅拌后再加入1.4gPVP，剧烈搅拌获得均一粘性溶液；
(2)在12kV高压静电条件下，用高压静电纺丝工艺对步骤(1)中的粘性溶液进行纺丝，得到有机纤维，将所述有机纤维在50℃下干燥12h，然后在180℃下保温3h，以进行预氧化处理；
(3)将步骤(2)中预氧化处理后的产物放在密闭的管式炉中，于氮气气氛中，在800℃保温2h进行高温煅烧处理。
(4)将步骤(3)中煅烧处理后的产物放在密闭的管式炉中，于氮气气氛中，管式炉上游放置过量硫脲，下游放置产物，在450℃保温0.5h进行高温煅烧处理，即得Cu9S5负载的氮、硫掺杂碳质纤维电磁波吸收材料。
图1为实施例1中制备的Cu9S5负载的氮、硫掺杂碳质纤维的SEM图，从图中可以看出制备的材料为纤维状，纤维堆叠出三维网络结构，纤维上镶嵌有形状不规则的纳米颗粒。图2是实施例1制备的Cu9S5负载的氮、氧、硫掺杂碳质纤维的XRD图，表明所合成的复合材料含有Cu9S5，XRD谱线与标准衍射图谱Cu9S5(JCPDS No.47-1748)吻合度较好。XRD谱图中无定形碳峰不明显，这是由于其结晶性较差的原因。图3是实施例1制备的Cu9S5负载的氮、氧、硫掺杂碳质纤维的XPS图，从图中可以看出Cu9S5中的离子由多个价态构成，碳质纤维内有大量N、S、O掺杂。
实施例2
将实施例1制备的Cu9S5负载的氮、氧、硫掺杂碳质纤维材料进行吸波性能测试，将得到的Cu9S5负载的氮、氧、硫掺杂碳质纤维材料与石蜡在50℃下进行混合得到电磁波吸收体。Cu9S5负载的氮、硫掺杂碳质纤维材料和石蜡的质量比为1:4。
图4是实施例2制备的吸收体的吸波性能图。当吸收体厚度为2.7mm时，最强吸收性能为-65.454dB。
实施例3
一种Cu9S5负载的氮、氧、硫掺杂碳质纤维电磁波吸收材料的制备方法，同实施例1，区别在于步骤(1)乙酸铜添加量为2mmol。
将得到的Cu9S5负载的氮、氧、硫掺杂碳质纤维材料与石蜡在50℃下进行混合得到电磁波吸收体。Cu9S5负载的氮、氧、硫掺杂碳质纤维材料和石蜡的质量比为1:4。
图5是实施例3制备的吸收体的吸波性能图。当吸收体厚度为3.5mm时，最强吸收性能为-56.452dB。
实施例4
一种Cu9S5负载的氮、氧、硫掺杂碳质纤维电磁波吸收材料的制备方法，同实施例1，区别在于步骤(1)乙酸铜添加量为4mmol。
将得到的Cu9S5负载的氮、氧、硫掺杂碳质纤维材料与石蜡在50℃下进行混合得到电磁波吸收体。Cu9S5负载的氮、氧、硫掺杂碳质纤维材料和石蜡的质量比为1:4。
图6是实施例4制备的吸收体的吸波性能图。当吸收体厚度为4.98mm时，最强吸收性能为-23.749dB。
实施例5
一种Cu9S5负载的氮、氧、硫掺杂碳质纤维电磁波吸收材料的制备方法，同实施例1，区别在于步骤(1)乙酸铜添加量为5mmol。
将得到的Cu9S5负载的氮、氧、硫掺杂碳质纤维材料与石蜡在50℃下进行混合得到电磁波吸收体。Cu9S5负载的氮、氧、硫掺杂碳质纤维材料和石蜡的质量比为1:4。
图7是实施例5制备的吸收体的吸波性能图。当吸收体厚度为4.7mm时，最强吸收性能为-19.329dB。
实施例3、实施例4和实施例5的反射损耗图和实施例2的反射损耗图的对比可知，反应原料的比例影响吸收的效果。实施例2的吸收效果好于实施例3、实施例4和实施例5。图8是实施例2、实施例3、实施例4和实施例5制备的Cu9S5负载的氮、氧、硫掺杂碳质纤维吸收体的电磁参数图。从图8中可以看出，通过调节Cu9S5和碳的相对含量实现了对碳纤维材料电磁参数的调节，这也是实施例2吸收性能提高的原因。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种Cu9S5负载的氮、硫掺杂碳质纤维材料，其特征在于，所述Cu9S5负载的氮、硫掺杂碳质纤维材料为一维碳质纤维相互堆叠的三维网络结构，一维碳质纤维中负载Cu、S、N、O元素；其中，Cu元素和部分S元素以化合物Cu9S5纳米颗粒的形式分布在碳质基中及其表面，N元素、另一部分S元素和O元素与碳质纤维的C元素以化学键的形式结合。
2.根据权利要求1所述Cu9S5负载的氮、硫掺杂碳质纤维材料，其特征在于，碳质纤维的直径范围在200-400nm，进一步的，约为300nm；Cu9S5颗粒直径为100-200nm。
3.根据权利要求1或2所述Cu9S5负载的氮、硫掺杂碳质纤维材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将铜源和碳源在溶剂中混合制成粘性电纺溶液，然后采用高压静电纺丝法对该粘性溶液进行纺丝，得到纳米纤维，再将该纳米纤维进行干燥和预氧化处理；
(2)将预氧化处理后的纳米纤维置于保护气氛中进行煅烧；
(3)将煅烧后的纳米纤维置于保护气氛中，使用过量的硫源进行煅烧，得到Cu9S5负载的氮、硫掺杂碳质纤维材料。
4.根据权利要求3所述制备方法，其特征在于，所述铜源为乙酸铜(II)(Cu(CO2CH3)2·H2O)、硝酸铜(Cu(NO3)2·6H2O)中的任意一种；所述碳源为聚乙烯吡咯烷酮；所述溶剂为N,N-二甲基甲酰胺(DMF)。
5.根据权利要求4所述制备方法，其特征在于，所述电纺溶液中，铜源、碳源、DMF的添加比例为2-5mmol:1.0-2.0g:5-20mL；优选为2-3mmol:1.4g:10mL；进一步优选为3mmol:1.4g:10mL。
6.根据权利要求3所述制备方法，其特征在于，所述高压静电纺丝法的电压为10-15kV。
7.根据权利要求3所述制备方法，其特征在于，所述纳米纤维干燥温度为45-60℃，时间为12-24h；
所述纳米纤维预氧化方法为：在150-200℃下保温2-3h。
8.根据权利要求3所述制备方法，其特征在于，步骤(2)中煅烧温度为700-1000℃，反应时间为0.5-5h；优选的，反应的温度为750-900℃，反应时间为1-2h；
或，惰性气氛为氮气或氩气；
或，煅烧过程中的升温速率为3-6℃/m/n。
9.根据权利要求3所述制备方法，其特征在于，所述硫源为硫脲；步骤(3)中，煅烧温度为400-500℃，反应时间为0.2-0.5h。
10.根据权利要求1或2所述Cu9S5负载的氮、硫掺杂碳质纤维材料在吸波领域中的应用。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210997734.6A CN115216865B (zh) | 2022-08-19 | 2022-08-19 | Cu9S5负载的氮、硫掺杂碳质纤维材料及其制备方法和应用 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210997734.6A CN115216865B (zh) | 2022-08-19 | 2022-08-19 | Cu9S5负载的氮、硫掺杂碳质纤维材料及其制备方法和应用 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN115216865A true CN115216865A (zh) | 2022-10-21 |
| CN115216865B CN115216865B (zh) | 2023-11-28 |
Family
ID=83615609
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202210997734.6A Active CN115216865B (zh) | 2022-08-19 | 2022-08-19 | Cu9S5负载的氮、硫掺杂碳质纤维材料及其制备方法和应用 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN115216865B (zh) |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107799322A (zh) * | 2016-09-06 | 2018-03-13 | 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 | 三维结构硫铜化合物/碳纤维复合材料、其制法及应用 |
| CN110093686A (zh) * | 2019-05-27 | 2019-08-06 | 山东大学 | 一种TiO2/Co负载的碳质纤维电磁波吸收材料及其制备方法和应用 |
-
2022
- 2022-08-19 CN CN202210997734.6A patent/CN115216865B/zh active Active
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107799322A (zh) * | 2016-09-06 | 2018-03-13 | 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 | 三维结构硫铜化合物/碳纤维复合材料、其制法及应用 |
| CN110093686A (zh) * | 2019-05-27 | 2019-08-06 | 山东大学 | 一种TiO2/Co负载的碳质纤维电磁波吸收材料及其制备方法和应用 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| ROU LU等: "Cu9S5 nanoparticles encapsulated in N, S co-doped carbon nanofibers as anodes for high-performance lithium-ion and sodium-ion batteries", JOURNAL OF PHYSICS D: APPLIED PHYSICS, vol. 55, no. 33, pages 1 - 13, XP020424496, DOI: 10.1088/1361-6463/ac7111 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN115216865B (zh) | 2023-11-28 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Lv et al. | Structural and carbonized design of 1D FeNi/C nanofibers with conductive network to optimize electromagnetic parameters and absorption abilities | |
| Wu et al. | Alkali and ion exchange co-modulation strategies to design magnetic–dielectric synergistic nano-absorbers for tailoring microwave absorption | |
| Zhai et al. | 1D/2D CoTe2@ MoS2 composites constructed by CoTe2 nanorods and MoS2 nanosheets for efficient electromagnetic wave absorption | |
| CN111392771B (zh) | 壳层形貌可控的核壳结构氮掺杂碳包覆二氧化钛微球复合材料及其制备和应用 | |
| Li et al. | In situ synthesis of CoFe2O4 nanocrystals decorated in mesoporous carbon nanofibers with enhanced electromagnetic performance | |
| Chen et al. | State-of-the-art synthesis strategy for nitrogen-doped carbon-based electromagnetic wave absorbers: from the perspective of nitrogen source | |
| Huo et al. | Microwave absorption performance of SiC/ZrC/SiZrOC hybrid nanofibers with enhanced high-temperature oxidation resistance | |
| CN108753251B (zh) | 一种ZnO/Co复合纳米空心纤维电磁波吸收材料及其制备方法 | |
| Ding et al. | Novel ternary Co3O4/CeO2/CNTs composites for high-performance broadband electromagnetic wave absorption | |
| Li et al. | Electrospinning technology on one dimensional microwave absorbers: fundamentals, current progress, and perspectives | |
| CN107365567B (zh) | 一种碳纤维表面包覆磁性铁氧体纳米碳管的吸波材料及其制备方法和应用 | |
| CN113292068A (zh) | 一种镍掺杂的金属有机框架衍生的钴碳复合吸波材料及其制备方法 | |
| Lv et al. | Ti3C2Tx/Co-MOF derived TiO2/Co/C composites for broadband and high absorption of electromagnetic wave | |
| CN115491177B (zh) | 一种mof衍生的碳基磁性纳米复合电磁波吸收材料及其制备方法 | |
| CN110894624A (zh) | 一种磁性金属掺杂氮化钒纳米复合纤维微波吸收剂及其制备方法 | |
| Fan et al. | Enhanced microwave absorption of epoxy composite by constructing 3D Co–C–MWCNTs derived from metal organic frameworks | |
| Zeng et al. | Homogeneous-heterogeneous interfaces in 2D/2D CoAl/Co9S8/Ni3S4 heterostructures for electromagnetic wave absorption | |
| Wang et al. | Recent progress of one-dimensional nanomaterials for microwave absorption: a review | |
| Zhou et al. | Multiple interfacial polarization from 3D net-like ZnO@ MWCNTs@ NiFe2O4 nanocomposites as broadband microwave absorbers | |
| CN115058616B (zh) | 一维微纳分级结构Co/C/CNTs复合吸波材料及其制备方法 | |
| CN113816620A (zh) | 一种表面包覆二硫化钼／铁钴合金／碳的介电纤维复合吸波材料及其制备方法 | |
| Liu et al. | Multifunctional Nd2O3/CNFs composite for microwave absorption and anti-corrosion applications | |
| He et al. | Molybdenum blue preassembly strategy to design bimetallic Fe 0.54 Mo 0.73/Mo 2 C@ C for tuneable and low-frequency electromagnetic wave absorption | |
| Liu et al. | Ni/C-carbon nanotube multidimensional heterospheres for highly efficient microwave absorbers | |
| Zhang et al. | Recent progress on carbon-based microwave absorption materials for multifunctional applications: A review |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |