CN116075143A - 一种基于激光辐照运动平台制备的ZrO2@C吸波材料及方法 - Google Patents
一种基于激光辐照运动平台制备的ZrO2@C吸波材料及方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN116075143A CN116075143A CN202310103348.2A CN202310103348A CN116075143A CN 116075143 A CN116075143 A CN 116075143A CN 202310103348 A CN202310103348 A CN 202310103348A CN 116075143 A CN116075143 A CN 116075143A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- laser irradiation
- uio66
- zro
- wave
- absorbing material
- 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
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 56
- 239000011358 absorbing material Substances 0.000 title claims abstract description 49
- 230000033001 locomotion Effects 0.000 title claims abstract description 47
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 52
- 229910021389 graphene Inorganic materials 0.000 claims abstract description 49
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims abstract description 42
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 claims abstract description 12
- ZMXDDKWLCZADIW-UHFFFAOYSA-N N,N-Dimethylformamide Chemical compound CN(C)C=O ZMXDDKWLCZADIW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 36
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 30
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 claims description 21
- KKEYFWRCBNTPAC-UHFFFAOYSA-N Terephthalic acid Chemical compound OC(=O)C1=CC=C(C(O)=O)C=C1 KKEYFWRCBNTPAC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 20
- 238000001291 vacuum drying Methods 0.000 claims description 19
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 claims description 17
- 239000012265 solid product Substances 0.000 claims description 15
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims description 14
- 239000002243 precursor Substances 0.000 claims description 13
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims description 13
- 238000002604 ultrasonography Methods 0.000 claims description 11
- 229910007926 ZrCl Inorganic materials 0.000 claims description 10
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 10
- 239000008247 solid mixture Substances 0.000 claims description 10
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 9
- 238000003760 magnetic stirring Methods 0.000 claims description 9
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 claims description 5
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims description 5
- 239000006228 supernatant Substances 0.000 claims description 5
- 238000001027 hydrothermal synthesis Methods 0.000 claims description 3
- 238000005303 weighing Methods 0.000 claims description 3
- RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N oxygen(2-);zirconium(4+) Chemical compound [O-2].[O-2].[Zr+4] RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910001928 zirconium oxide Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 abstract description 8
- 230000009471 action Effects 0.000 abstract description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 description 20
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 11
- 239000012621 metal-organic framework Substances 0.000 description 9
- AFCARXCZXQIEQB-UHFFFAOYSA-N N-[3-oxo-3-(2,4,6,7-tetrahydrotriazolo[4,5-c]pyridin-5-yl)propyl]-2-[[3-(trifluoromethoxy)phenyl]methylamino]pyrimidine-5-carboxamide Chemical compound O=C(CCNC(=O)C=1C=NC(=NC=1)NCC1=CC(=CC=C1)OC(F)(F)F)N1CC2=C(CC1)NN=N2 AFCARXCZXQIEQB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 238000000197 pyrolysis Methods 0.000 description 8
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 5
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 4
- 238000003912 environmental pollution Methods 0.000 description 4
- 238000012512 characterization method Methods 0.000 description 3
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 3
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 3
- 238000011161 development Methods 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 3
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 2
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 2
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 239000004744 fabric Substances 0.000 description 2
- 239000003517 fume Substances 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- 238000009776 industrial production Methods 0.000 description 2
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 2
- 239000000047 product Substances 0.000 description 2
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000002250 absorbent Substances 0.000 description 1
- 230000002745 absorbent Effects 0.000 description 1
- 238000005054 agglomeration Methods 0.000 description 1
- 238000004220 aggregation Methods 0.000 description 1
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 description 1
- 230000007123 defense Effects 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 239000013384 organic framework Substances 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 description 1
- 238000004062 sedimentation Methods 0.000 description 1
- 238000000527 sonication Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- 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
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
- C09K3/00—Materials not provided for elsewhere
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
Abstract
本发明提出一种基于激光辐照运动平台制备的ZrO2@C吸波材料及方法，涉及吸波材料制备领域。该方法在负压封闭环境中，对UIO66@GO粉末进行脉冲激光辐照处理，得到ZrO2@C吸波材料。其中，所述脉冲激光辐照的激光波长为1064nm，所述脉冲激光辐照的激光辐照功率为20～25mW，所述脉冲激光辐照的光斑直径为3～5mm。本发明首次使用石墨烯对UIO66进行包覆，UIO66外包覆的石墨烯层可有效吸收激光，并快速将光能转换为热能，在热能作用下，实现UIO66的快速分解，得到ZrO2@C吸波材料。
Description
技术领域
本发明属于吸波材料制备技术领域，尤其涉及一种基于激光辐照运动平台制备的ZrO2@C吸波材料及方法。
背景技术
微波隐身技术迅速发展，在现代电子战中起着不可或缺的作用。隐身技术的发展离不开高性能隐身材料的研制，高性能电磁波吸收材料的开发在现代国防工业及电子信息技术中具有重要意义。
金属有机框架(MOFs)作为前驱体制备吸波材料，因其成分结构可调，吸波性能优异，逐渐成为研究热点。但是MOFs材料通常通过热解获得金属-碳复合材料才能展现出优异吸波性能。目前实验室通常通过高温炉，如管式炉对MOFs进行热解，但是管式炉高温限度有限(一般不高于1200℃)，因此对于稳定的MOFs材料，如UIO66，需要长时间加热才能热解，且热处理过程缓慢，通常长达5-10小时不等。
近年来，脉冲激光被用于辐照MOFs材料制备出高效吸波的金属-碳复合材料，但是该方法对MOFs本身的要求较高，通常需要MOFs能够吸收激光能量且能够将光能转换为热能，才能实现MOFs到热解。对于UIO66这种白色热稳定性材料，很难通过激光将其直接热解，且实验过程中有机物的挥发容易造成环境污染。
发明内容
为解决UIO66难热解且热解过程中易产生污染的技术问题，本发明提出一种基于激光辐照运动平台制备的ZrO2@C吸波材料及方法。本发明首次利用石墨烯对UIO66进行包覆，利用石墨烯可有效吸收激光的性质，将光能快速转换为热能，实现UIO66的快速分解，得到ZrO2@C吸波材料。整个UIO66热解过程在负压封闭环境中进行，可避免有机物挥发在空气中造成环境污染。
本发明第一方面公开了一种基于激光辐照运动平台制备ZrO2@C吸波材料的方法。所述方法包括：
在负压封闭环境中，对UIO66@GO粉末进行脉冲激光辐照处理，得到ZrO2@C吸波材料。
其中，所述脉冲激光辐照的激光波长为1064nm，所述脉冲激光辐照的激光辐照功率为20～25mW，所述脉冲激光辐照的光斑直径为3～5mm。
根据本发明第一方面的方法，所述UIO66@GO粉末的制备方法包括：
步骤S1，将一定量的UIO66粉末加入石墨烯水分散液中得到UIO66@GO混合液，将所述UIO66@GO混合液进行冰浴超声后，常温下继续磁力搅拌所述UIO66@GO混合液，之后将所述UIO66@GO混合液进行离心分离，去除上清液后得到UIO66@GO固体混合物。
步骤S2，将所述UIO66@GO固体混合物真空干燥后得到所述UIO66@GO粉末。
根据本发明第一方面的方法，在所述步骤S1中，所述UIO66粉末的质量为500-800mg；所述石墨烯水分散液的质量浓度为0.05％～0.1％，所述石墨烯水分散液的体积为300-500ml。
根据本发明第一方面的方法，在所述步骤S1中，所述冰浴超声的时间为20-30min；
所述磁力搅拌的时间为6-8h，所述磁力搅拌的搅拌速度为350rpm-650rpm。
根据本发明第一方面的方法，在所述步骤S2中，所述真空干燥的温度为120℃，所述真空干燥的处理时间为36-48h。
根据本发明第一方面的方法，所述石墨烯水分散液中石墨烯的片径为10-20μm。
根据本发明第一方面的方法，利用水热法制备所述UIO66粉末，具体步骤如下：
称取一定量的ZrCl4和对苯二甲酸溶于一定体积的N,N–二甲基甲酰胺中配制成前驱体溶液，之后将所述前驱体溶液转移至反应釜中，再将所述反应釜放入120℃的烘箱中反应24h，待反应结束，取出所述反应釜使其室温中自然冷却，得到固体产物。
采用离心机以及乙醇对所述固体产物进行多次离心、清洗，最后将经清洗后的固体产物在120℃的真空烘箱中真空干燥24h得到所述UIO66粉末。
根据本发明第一方面的方法，所述ZrCl4的质量为0.2～0.4g；所述对苯二甲酸的质量为0.4～0.6g；所述N,N–二甲基甲酰胺的体积为60～80ml。
根据本发明第一方面的方法，所述脉冲激光辐照在可遥控脉冲激光辐照运动平台上进行；其中，所述脉冲激光辐照的激光光源位置固定，激光自上而下辐照到可遥控脉冲激光辐照运动平台表面。
所述可遥控脉冲激光辐照运动平台分别沿x轴、y轴做二维移动，每个方向的移动速率均为0.3～0.5cm/s；当所述可遥控脉冲激光辐照运动平台沿x轴正方向运动到达运动边界后沿y轴移动3～5mm后，继续沿x轴负方向移动，循环往复，直至使所述UIO66@GO粉末完全分解为ZrO2@C吸波材料。
其中，所述运动边界为所述激光光源能够照射到的最大边界。
本发明第二方面公开了一种采用上述方法制备而成的ZrO2@C吸波材料。
综上，本发明提出的方案具备如下技术效果：
本发明首次使用石墨烯对UIO66进行包覆，UIO66外包覆的石墨烯层可有效吸收激光，并快速将光能转换为热能，在热能作用下，实现UIO66的快速分解，得到ZrO2@C吸波材料。同时，UIO66外包覆的石墨烯层还能够有效提升材料的介电损耗能力，因此用激光辐照获得的ZrO2@C吸波材料可有效提升材料的介电损耗性能，从而提升材料的吸波能力。
此外，本发明利用可遥控激光辐照运动平台对UIO66进行热解，整个热解过程在负压封闭环境中进行，可避免有机物挥发在空气中造成环境污染。
此外，本发明采用激光辐照方法制备ZrO2@C吸波材料，重复性可靠，可实现材料的批量生产，适于工业化生产。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1a-图1d分别为UIO66@GO、UIO66、根据本发明实施例1制备的ZrO2@C吸波材料以及对比例1制备的ZrO2/C的透射电镜照片；
图2a-图2b为根据本发明实施例1制备的ZrO2@C吸波材料以及对比例1制备的ZrO2/C的XPS物相表征图；
图3为根据本发明实施例1制备的ZrO2@C吸波材料以及对比例1制备的ZrO2/C的XRD图谱；
图4a-图4b分别为根据本发明实施例1制备的ZrO2@C吸波材料以及对比例1制备的ZrO2/C在10-18GHz微波频段(Ku波段)电磁波衰减性能测试结果。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例只是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明第一方面公开了一种基于激光辐照运动平台制备ZrO2@C吸波材料的方法。所述方法包括：
在负压封闭环境中，对UIO66@GO粉末进行脉冲激光辐照处理，得到ZrO2@C吸波材料。
其中，所述脉冲激光辐照的激光波长为1064nm，所述脉冲激光辐照的激光辐照功率为20～25mW，所述脉冲激光辐照的光斑直径为3～5mm。
具体地，所述脉冲激光辐照的激光辐照功率可以为20mW、21mW、22mW、23mW、24mW、25mW。优选地，所述脉冲激光辐照的激光辐照功率为22～23mW。
具体地，所述脉冲激光辐照的光斑直径可以为3mm、4mm、5mm。优选地，所述脉冲激光辐照的光斑直径为4mm。
本发明首次使用石墨烯对UIO66进行包覆，UIO66外包覆的石墨烯层可有效吸收激光，并快速将光能转换为热能，在热能作用下，实现UIO66的快速分解，得到ZrO2@C吸波材料。同时，UIO66外包覆的石墨烯层还能够有效提升材料的介电损耗能力，因此用激光辐照获得的ZrO2@C吸波材料可有效提升材料的介电损耗性能，从而提升材料的吸波能力。
UIO66粉末为白色粉末，包覆石墨烯层后为UIO66@GO灰色粉末，UIO66@GO经波长为1064nm、功率为20～25mW的脉冲激光辐照后变成黑色的ZrO2@C吸波材料。当激光辐照功率小于20mW时，UIO66@GO难以被分解为ZrO2@C；而当激光辐照功率大于25mW时，耗能耗电，且不安全。
当脉冲激光辐照的光斑直径小于3mm时，激光辐照区域小，分解UIO66@GO需要更长时间，当脉冲激光辐照的光斑直径大于5mm时，则会降低光斑的能量。
在一些实施例中，所述UIO66@GO粉末的制备方法包括：
步骤S1，将一定量的UIO66粉末加入石墨烯水分散液中得到UIO66@GO混合液，将所述UIO66@GO混合液进行冰浴超声后，常温下继续磁力搅拌所述UIO66@GO混合液，之后将所述UIO66@GO混合液进行离心分离，去除上清液后得到UIO66@GO固体混合物。
步骤S2，将所述UIO66@GO固体混合物真空干燥后得到所述UIO66@GO粉末。
在步骤S1，将一定量的UIO66粉末加入石墨烯水分散液中得到UIO66@GO混合液，将所述UIO66@GO混合液进行冰浴超声后，常温下继续磁力搅拌所述UIO66@GO混合液，之后将所述UIO66@GO混合液进行离心分离，去除上清液后得到UIO66@GO固体混合物。
本发明中冰浴超声的目的，是为了把UIO66超声分散为单个纳米颗粒。在超声过程中，超声池的水会升温，GO在高温环境下容易团聚。通过冰浴，防止超声池的水升温，避免GO堆叠而发生团聚。
经冰浴超声后，UIO66粉末被分散为单个纳米颗粒，再通过常温搅拌，使得UIO66和GO复合，得到所述UIO66@GO混合液。
在一些实施例中，在所述步骤S1中，所述UIO66粉末的质量为500-800mg；所述石墨烯水分散液的质量浓度为0.05％～0.1％，所述石墨烯水分散液的体积为300-500ml。
具体地，所述石墨烯水分散液的质量浓度可以为0.05％、0.06％、0.07％、0.08％、0.09％、0.1％。优选地，所述石墨烯水分散液的质量浓度为0.06％～0.8％。
UIO66@GO在激光辐照下被分解为ZrO2@C吸波材料，主要依靠石墨烯层对激光的吸收，将光能转换为热能。当石墨烯的质量浓度过小(小于0.05％)，则光热转化不明显，样品UIO66@GO不能被有效分解；当石墨烯到质量浓度过大(大于0.1％)，则会导致产物ZrO2@C吸波材料的介电常数的实部过大，ZrO2@C对入射电磁波产生极大的反射，不利于ZrO2@C吸波材料对电磁波的有效吸收。
在一些实施例中，在所述步骤S1中，所述冰浴超声的时间为20-30min；所述磁力搅拌的时间为6-8h，所述磁力搅拌的搅拌速度为350rpm-650rpm。需要注意的是，超声和搅拌时间均不能太长，以免GO再次团聚。
此外，当搅拌速度过低，容易造成UIO66的沉降；当搅拌速度过快，则溶液易飞溅，导致UIO66不能和GO有效结合。
具体地，所述冰浴超声的时间可以为20min、22min、24min、26min、28min、30min。优选地，所述冰浴超声的时间为24-26min。
具体地，所述磁力搅拌的时间可以为6h、7h、8h。优选地，所述磁力搅拌的时间为7h。
在步骤S2，将所述UIO66@GO固体混合物真空干燥后得到所述UIO66@GO粉末。
在一些实施例中，在所述步骤S2中，所述真空干燥的温度为120℃，所述真空干燥的处理时间为36-48h。
具体地，所述真空干燥的处理时间可以为36h、38h、40h、42h、44h、46h、48h。优选地，所述真空干燥的处理时间为40-44h。
所述石墨烯水分散液中石墨烯的片径为10-20μm。所述石墨烯的片径大小以能够包覆UIO66颗粒为宜，本发明中UIO66的直径为100-150nm。
在一些实施例中，利用水热法制备所述UIO66粉末，具体步骤如下：
称取一定量的ZrCl4和对苯二甲酸溶于一定体积的N,N–二甲基甲酰胺中配制成前驱体溶液，之后将所述前驱体溶液转移至反应釜中，再将所述反应釜放入120℃的烘箱中反应24h，待反应结束，取出所述反应釜使其室温中自然冷却，得到固体产物。
采用离心机以及乙醇对所述固体产物进行多次离心、清洗，最后将经清洗后的固体产物在120℃的真空烘箱中真空干燥24h得到所述UIO66粉末。
在一些实施例中，所述ZrCl4的质量为0.2～0.4g；所述对苯二甲酸的质量为0.4～0.6g；所述N,N–二甲基甲酰胺的体积为60～80ml。
具体地，所述ZrCl4的质量可以为0.2g、0.25g、0.3g、0.35g、0.4g。优选地，所述ZrCl4的质量为0.25g-0.35g。
具体地，所述对苯二甲酸的质量可以为0.4g、0.45g、0.5g、0.55g、0.6g。优选地，所述对苯二甲酸的质量为0.45g-0.55g。
具体地，所述N,N–二甲基甲酰胺的体积可以为60ml、65ml、70ml、75ml、80ml。优选地，所述N,N–二甲基甲酰胺的体积为65ml-75ml。
在一些实施例中，所述脉冲激光辐照在可遥控脉冲激光辐照运动平台上进行；其中，所述脉冲激光辐照的激光光源位置固定，激光自上而下辐照到可遥控脉冲激光辐照运动平台表面。
所述可遥控脉冲激光辐照运动平台分别沿x轴、y轴做二维移动，每个方向的移动速率均为0.3～0.5cm/s；当所述可遥控脉冲激光辐照运动平台沿x轴正方向运动到达运动边界后沿y轴移动3～5mm后，继续沿x轴负方向移动，循环往复，直至使所述UIO66@GO粉末完全分解为ZrO2@C吸波材料。
其中，所述运动边界为所述激光光源能够照射到的最大边界。
本发明设定所述可遥控脉冲激光辐照运动平台的移动速率为0.3～0.5cm/s，一方面避免因移动速率过快，致使UIO66@GO粉末没有很好的吸光分解；另一方面避免因移动过慢，激光热量击穿所述可遥控脉冲激光辐照运动平台的底座造成危险。
本发明第二方面公开了一种采用上述方法制备而成的ZrO2@C吸波材料。
实施例1
激光辐照UIO66@GO制备ZrO2@C吸波材料
第一步，将0.2-0.4gZrCl4、0.4-0.6g对苯二甲酸依次加入60-80mlN,N–二甲基甲酰胺中并充分搅拌均匀，得到前驱体溶液，之后将所述前驱体溶液转移至反应釜中，再将所述反应釜放入120℃的烘箱中反应24h，待反应结束，取出所述反应釜使其室温中自然冷却，得到固体产物；
第二步，采用离心机以及N,N–二甲基甲酰胺对所述固体产物进行多次离心、清洗，最后将经清洗后的固体产物90℃真空干燥24h得到所述UIO66粉末。
第三步，将700mg的UIO66粉末加入400ml质量浓度为0.07％的石墨烯水分散液中得到UIO66@GO混合液，将所述UIO66@GO混合液首先进行20-30min的冰浴超声，之后常温下继续以350rpm-650rpm的搅拌速度磁力搅拌所述UIO66@GO混合液6-8h，之后将所述UIO66@GO混合液进行离心分离，去除上清液后得到UIO66@GO固体混合物。将所述UIO66@GO固体混合物真空干燥后得到所述UIO66@GO粉末。其中，所述真空干燥的温度为120℃，所述真空干燥的处理时间为36-48h。
所述石墨烯水分散液中石墨烯的片径为10-20μm。
第四步，在负压封闭环境(比如通风橱)中，利用脉冲激光辐照UIO66@GO粉末，得到ZrO2@C吸波材料。其中，所述脉冲激光辐照的激光波长为1064nm，所述脉冲激光辐照的激光辐照功率为23mW，所述脉冲激光辐照的光斑直径为4mm。
所述脉冲激光辐照的激光光源位置固定，激光自上而下辐照到长宽尺寸为10cm*10cm的可遥控脉冲激光辐照运动平台表面；可运动平台表面用碳布覆盖，将0.1～0.2gUIO66@GO粉末均匀地分散于碳布表面，通过操作手柄远程控制所述可遥控脉冲激光辐照运动平台以0.3～0.5cm/s的移动速率分别沿x轴、y轴做二维移动，首先沿x轴正方向移动，当所述可遥控脉冲激光辐照运动平台到达运动边界后沿y轴移动3～5mm后，后继续沿x轴负方向移动，循环往复，直至使所述UIO66@GO灰色粉末完全分解为黑色的ZrO2@C吸波材料。
其中，所述运动边界为所述激光光源能够照射到的最大边界。
对比例1
激光辐照UIO66制备纳米ZrO2/C
(1)将0.2-0.4gZrCl4、0.4-0.6g对苯二甲酸依次加入60-80mlN,N–二甲基甲酰胺中并充分搅拌均匀，得到前驱体溶液，之后将所述前驱体溶液转移至反应釜中，再将所述反应釜放入120℃的烘箱中反应24h，待反应结束，取出所述反应釜使其室温中自然冷却，得到固体产物；
(2)采用离心机以及N,N–二甲基甲酰胺对所述固体产物进行多次离心、清洗，最后将经清洗后的固体产物90℃真空干燥24h得到所述UIO66粉末。
(3)在负压封闭环境(比如通风橱)中，利用脉冲激光辐照UIO66粉末，得到ZrO2/C材料。其中，所述脉冲激光辐照的激光波长为1064nm，所述脉冲激光辐照的激光辐照功率为23mW，所述脉冲激光辐照的光斑直径为4mm。
图1a-图1d分别为UIO66@GO、UIO66、根据本发明实施例1制备的ZrO2@C吸波材料以及对比例1制备的ZrO2/C的透射电镜照片。由图1a可以看出，UIO66均匀分布于石墨烯表面，获得石墨烯包覆的UIO66复合材料；由图1b可以看出，UIO66纳米颗粒到直径约为60-100nm；由图1c可看到，通过激光辐照UIO66@GO可成功制备ZrO2@C吸波材料，其中ZrO2纳米晶的直径大小为5-20nm，且均匀地负载于碳表面；由图1d可看到，由于未经石墨烯包覆，热稳定性较好的UIO66经激光辐照后骨架并未坍塌、未得到有效分解。因此将UIO66表面负载GO，可有效提升材料的光热转换能力，利用热能加速UIO66的分解。
图2a-图2b为根据本发明实施例1制备的ZrO2@C吸波材料以及对比例1制备的ZrO2/C的XPS物相表征图，进一步证实两种产物中同时存在C、Zr、O元素。对比图a和图2b的C元素，可发现本发明实施例1中C元素占比明显高于对比例1，这与本发明实施例1中前驱体为含有石墨烯的UIO66@GO是一致的。同时图2a中未发现N元素，说明在脉冲激光辐照下，UIO66@GO的有机框架完全瓦解，N元素以气体形式挥发；而图2b含有N元素，说明在脉冲激光辐照下，不含石墨烯层的UIO66并未完全分解为ZrO2/C。
图3为根据本发明实施例1制备的ZrO2@C吸波材料以及对比例1制备的ZrO2/C的XRD图谱。从图3中可以看出，本发明实施例1的产物ZrO2@C吸波材料中物相主要为ZrO2,，而对比例1的物相主要为UIO66，这与XPS物相表征图是一致的，说明同样的脉冲激光辐照条件下，不含石墨烯层的UIO66无法完全分解。
图4a-图4b分别为根据本发明实施例1制备的ZrO2@C吸波材料以及对比例1制备的ZrO2/C在10-18GHz微波频段(Ku波段)电磁波衰减性能测试结果。如图4a所示，对于本发明实施例1制备的ZrO2@C吸波材料，当其厚度为3.8mm时，在频率为15.6GHz处，最低反射损耗达-37.2dB。由图4b可知，以纯UIO66为前驱体制备的ZrO2/C(分解反应不充分)在3.5-4mm厚度下，12-18GHz范围内最小反射损耗值均高于-10dB，都没有达到有效吸波，不具备电磁波吸收性能。
实施例2
激光辐照UIO66@GO制备ZrO2@C吸波材料
与实施例1的不同之处在于，第三步中，所述UIO66粉末的质量为500mg；所述石墨烯水分散液的浓度为0.05％，所述石墨烯水分散液的体积为300ml。
实施例3
激光辐照UIO66@GO制备ZrO2@C吸波材料
与实施例1的不同之处在于，第三步中，所述UIO66粉末的质量为800mg；所述石墨烯水分散液的浓度为0.1％，所述石墨烯水分散液的体积为500ml。
实施例4
激光辐照UIO66@GO制备ZrO2@C吸波材料
与实施例1的不同之处在于，第四步中，所述脉冲激光辐照的激光辐照功率为20mW，所述脉冲激光辐照的光斑直径为3mm。
实施例5
激光辐照UIO66@GO制备ZrO2@C吸波材料
与实施例1的不同之处在于，第四步中，所述脉冲激光辐照的激光辐照功率为25mW，所述脉冲激光辐照的光斑直径为5mm。
综上，本发明提出的方案具备如下技术效果：
本发明首次使用石墨烯对UIO66进行包覆，UIO66外包覆的石墨烯层可有效吸收激光，并快速将光能转换为热能，在热能作用下，实现UIO66的快速分解，得到ZrO2@C吸波材料。同时，UIO66外包覆的石墨烯层还能够有效提升材料的介电损耗能力，因此用激光辐照获得的ZrO2@C吸波材料可有效提升材料的介电损耗性能，从而提升材料的吸波能力。
此外，本发明利用可遥控激光辐照运动平台对UIO66进行热解，整个热解过程在负压封闭环境中进行，可避免有机物挥发在空气中造成环境污染。
此外，本发明采用激光辐照方法制备ZrO2@C吸波材料，重复性可靠，可实现材料的批量生产，适于工业化生产。
请注意，以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。以上实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种基于激光辐照运动平台制备ZrO2@C吸波材料的方法，其特征在于，所述方法包括：
在负压封闭环境中，对UIO66@GO粉末进行脉冲激光辐照处理，得到ZrO2@C吸波材料；
其中，所述脉冲激光辐照的激光波长为1064nm，所述脉冲激光辐照的激光辐照功率为20～25mW，所述脉冲激光辐照的光斑直径为3～5mm。
2.根据权利要求1所述的一种基于激光辐照运动平台制备ZrO2@C吸波材料的方法，其特征在于，所述UIO66@GO粉末的制备方法包括：
步骤S1，将一定量的UIO66粉末加入石墨烯水分散液中得到UIO66@GO混合液，将所述UIO66@GO混合液进行冰浴超声后，常温下继续磁力搅拌所述UIO66@GO混合液，之后将所述UIO66@GO混合液进行离心分离，去除上清液后得到UIO66@GO固体混合物；
步骤S2，将所述UIO66@GO固体混合物真空干燥后得到所述UIO66@GO粉末。
3.根据权利要求2所述的一种基于激光辐照运动平台制备ZrO2@C吸波材料的方法，其特征在于，在所述步骤S1中，所述UIO66粉末的质量为500-800mg；所述石墨烯水分散液的质量浓度为0.05％～0.1％，所述石墨烯水分散液的体积为300-500ml。
4.根据权利要求2所述的一种基于激光辐照运动平台制备ZrO2@C吸波材料的方法，其特征在于，在所述步骤S1中，所述冰浴超声的时间为20-30min；
所述磁力搅拌的时间为6-8h，所述磁力搅拌的搅拌速度为350rpm-650rpm。
5.根据权利要求2所述的一种基于激光辐照运动平台制备ZrO2@C吸波材料的方法，其特征在于，在所述步骤S2中，所述真空干燥的温度为120℃，所述真空干燥的处理时间为36-48h。
6.根据权利要求2所述的一种基于激光辐照运动平台制备ZrO2@C吸波材料的方法，其特征在于，所述石墨烯水分散液中石墨烯的片径为10-20μm。
7.根据权利要求2所述的一种基于激光辐照运动平台制备ZrO2@C吸波材料的方法，其特征在于，利用水热法制备所述UIO66粉末，具体步骤如下：
称取一定量的ZrCl4和对苯二甲酸溶于一定体积的N,N–二甲基甲酰胺中配制成前驱体溶液，之后将所述前驱体溶液转移至反应釜中，再将所述反应釜放入120℃的烘箱中反应24h，待反应结束，取出所述反应釜使其室温中自然冷却，得到固体产物；
采用离心机以及乙醇对所述固体产物进行多次离心、清洗，最后将经清洗后的固体产物在120℃的真空烘箱中真空干燥24h得到所述UIO66粉末。
8.根据权利要求7所述的一种基于激光辐照运动平台制备ZrO2@C吸波材料的方法，其特征在于，所述ZrCl4的质量为0.2～0.4g；所述对苯二甲酸的质量为0.4～0.6g；所述N,N–二甲基甲酰胺的体积为60～80ml。
9.根据权利要求1所述的一种基于激光辐照运动平台制备ZrO2@C吸波材料的方法，其特征在于，所述脉冲激光辐照在可遥控脉冲激光辐照运动平台上进行；其中，所述脉冲激光辐照的激光光源位置固定，激光自上而下辐照到可遥控脉冲激光辐照运动平台表面；
所述可遥控脉冲激光辐照运动平台分别沿x轴、y轴做二维移动，每个方向的移动速率均为0.3～0.5cm/s；当所述可遥控脉冲激光辐照运动平台沿x轴正方向运动到达运动边界后沿y轴移动3～5mm后，继续沿x轴负方向移动，循环往复，直至使所述UIO66@GO粉末完全分解为ZrO2@C吸波材料；
其中，所述运动边界为所述激光光源能够照射到的最大边界。
10.一种基于激光辐照运动平台制备的ZrO2@C吸波材料，其特征在于，所述ZrO2@C吸波材料为采用权利要求1-9中任一项所述的一种基于激光辐照运动平台制备ZrO2@C吸波材料的方法制备而成。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310103348.2A CN116075143B (zh) | 2023-02-13 | 2023-02-13 | 一种基于激光辐照运动平台制备的ZrO2@C吸波材料及方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310103348.2A CN116075143B (zh) | 2023-02-13 | 2023-02-13 | 一种基于激光辐照运动平台制备的ZrO2@C吸波材料及方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN116075143A true CN116075143A (zh) | 2023-05-05 |
| CN116075143B CN116075143B (zh) | 2024-04-05 |
Family
ID=86174694
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202310103348.2A Active CN116075143B (zh) | 2023-02-13 | 2023-02-13 | 一种基于激光辐照运动平台制备的ZrO2@C吸波材料及方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN116075143B (zh) |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007250823A (ja) * | 2006-03-16 | 2007-09-27 | Dowa Holdings Co Ltd | 電波吸収体用磁性粉体および製造法並びに電波吸収体 |
| CN106111207A (zh) * | 2016-06-27 | 2016-11-16 | 镇江市高等专科学校 | 一种有机金属框架/纳米二氧化锡/石墨烯复合光催化材料及其制备方法和用途 |
| CN107254293A (zh) * | 2017-06-19 | 2017-10-17 | 扬州斯帕克实业有限公司 | 石墨烯复合吸波材料及其制备方法及利用该材料制备的涂层剂 |
| CN110342468A (zh) * | 2019-07-29 | 2019-10-18 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 一种表面无序的纳米材料及其制备方法 |
| US20210032166A1 (en) * | 2019-07-30 | 2021-02-04 | Chongqing Institute Of East China Normal University | Method for preparing graphene-ccto based ceramic composite dielectric material |
| US20210222302A1 (en) * | 2020-01-19 | 2021-07-22 | Beijing Institute Of Technology | Method for forming nickel plated graphene hollow sphere |
| CN114573037A (zh) * | 2022-01-25 | 2022-06-03 | 中国人民解放军国防科技大学 | 一种激光辐照快速制备吸波材料的方法 |
-
2023
- 2023-02-13 CN CN202310103348.2A patent/CN116075143B/zh active Active
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007250823A (ja) * | 2006-03-16 | 2007-09-27 | Dowa Holdings Co Ltd | 電波吸収体用磁性粉体および製造法並びに電波吸収体 |
| CN106111207A (zh) * | 2016-06-27 | 2016-11-16 | 镇江市高等专科学校 | 一种有机金属框架/纳米二氧化锡/石墨烯复合光催化材料及其制备方法和用途 |
| CN107254293A (zh) * | 2017-06-19 | 2017-10-17 | 扬州斯帕克实业有限公司 | 石墨烯复合吸波材料及其制备方法及利用该材料制备的涂层剂 |
| CN110342468A (zh) * | 2019-07-29 | 2019-10-18 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 一种表面无序的纳米材料及其制备方法 |
| US20210032166A1 (en) * | 2019-07-30 | 2021-02-04 | Chongqing Institute Of East China Normal University | Method for preparing graphene-ccto based ceramic composite dielectric material |
| US20210222302A1 (en) * | 2020-01-19 | 2021-07-22 | Beijing Institute Of Technology | Method for forming nickel plated graphene hollow sphere |
| CN114573037A (zh) * | 2022-01-25 | 2022-06-03 | 中国人民解放军国防科技大学 | 一种激光辐照快速制备吸波材料的方法 |
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| HONGLEI ZHAN; MENGXI CHEN; YAN ZHANG;: "Utilization of Oil Shale as an Electromagnetic Wave Absorbing Material in the Terahertz Range", IEEE, vol. 8, 23 July 2020 (2020-07-23) * |
| 张家乐, 师远清, 王雷, 杜臻, 朱建锋: "co/碳＠石墨烯三明治结构的制备及其吸波性能", 陕西科技大学学报, vol. 40, no. 3, 30 June 2022 (2022-06-30) * |
| 贺军哲;孙新;疏金成;杨轩;曹茂盛;: "纺锤状ZnO/还原氧化石墨烯异质结构及其微波吸收性能", 表面技术, no. 02, 20 February 2020 (2020-02-20) * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN116075143B (zh) | 2024-04-05 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| WO2022242256A1 (zh) | 一种轻质多孔MXene基复合薄膜电磁屏蔽材料及其制备方法 | |
| CN107585758A (zh) | 一种石墨烯气凝胶及其制备方法和应用 | |
| CN109666451B (zh) | 一种利用生物质碳源制备吸波材料的方法 | |
| CN106520071B (zh) | 稻壳基碳/磁性Co粒子复合吸波剂及其制备方法 | |
| CN111410194B (zh) | 一种由zif-67/三聚氰胺制得的复合电磁吸波泡沫及其制备方法 | |
| CN111704134A (zh) | 一种基于农林废弃物再利用的吸波材料及其制备方法 | |
| CN104004496A (zh) | 一种还原氧化石墨烯/氧化镍复合吸波材料的制备方法 | |
| CN116075143B (zh) | 一种基于激光辐照运动平台制备的ZrO2@C吸波材料及方法 | |
| CN106350003A (zh) | 一种多孔石墨烯/四氧化三铁复合吸波材料的制备方法 | |
| CN114655957A (zh) | 一种具有珊瑚石结构的磁性MXene吸波复合材料及制备方法 | |
| CN107454815A (zh) | Cu2O/MWCNTs复合材料、制备方法和电磁波吸收应用 | |
| CN111842923B (zh) | 一种银纳米线/生物质多孔碳电磁波吸收材料的制备方法 | |
| CN108024493B (zh) | 一种莲蓬结构的介孔碳与纳米钴复合物及其制备方法和应用 | |
| CN105315964A (zh) | 一种四氧化三铁导电高分子石墨烯三元复合吸波剂的合成方法 | |
| CN114874751B (zh) | 一种梯度加热的褶皱MXene/TiO2/石蜡的制备方法及其电磁屏蔽应用 | |
| CN114479762B (zh) | 磁性金属/金属氧化物/碳纳米复合材料、其制备方法及应用 | |
| CN107482202A (zh) | 一种石墨烯/磷酸氢锆复合材料的制备方法及其应用 | |
| CN107445167A (zh) | 一种超长碳化硅纳米线的制备方法 | |
| CN109607603B (zh) | 一种控制MXene二维材料降解的方法 | |
| CN112500145A (zh) | 一种石墨烯介电常数调控方法 | |
| CN116081686B (zh) | 一种纳米ZrO2/C耐热吸波材料及其制备方法 | |
| RU2788977C1 (ru) | Способ получения наноструктурированного композита на основе бескислородного графена и ZrO2 | |
| Dong et al. | Bi-Doped TiO2 with Remarkably Enhanced Photocatalytic Activity Under Simulated Sunlight Induced by Increased Hydrophilicity and Light Absorption Ability | |
| CN117641872B (zh) | 中空二氧化锰纳米管负载MXene材料及制备方法 | |
| CN110105919B (zh) | 一种超小Fe3O4/RGO复合物的低温超快速制备方法 |
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 |