[发明专利]一种三维多孔花状结构钴/碳纳米复合电磁波吸收材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种三维多孔花状结构钴/碳纳米复合电磁波吸收材料，所述电磁波吸收材料中的碳构成了花状结构的三维骨架，碳包覆的钴颗粒均匀分布在碳基体上。所述制备方法包括以下步骤：1）将二价无机钴盐作为合成氢氧化钴的前驱体，和表面活性剂按一定的质量比溶于溶剂中，在密闭条件下反应，反应完成后对产物进行洗涤、干燥，制得氢氧化钴；将制得的氢氧化钴进行煅烧处理，得到四氧化三钴粉体；2）将步骤1）中的四氧化三钴粉体与碳源混合，然后在密闭条件下反应，即得三维多孔花状结构钴/碳纳米复合电磁波吸收材料。本发明制备的电磁波吸收材料饱和磁化率高、矫顽力大、轻质、抗氧化能力强、具有优异的电磁波吸收性能。

技术领域

本发明涉及电磁波吸收材料技术领域，具体的，涉及一种三维多孔花状结构钴/碳纳米复合电磁波吸收材料及其制备方法。

背景技术

随着无线电通讯技术的应用与普及，电磁波干扰和电磁波污染问题也随之日益突出，成为对人类健康的潜在威胁，同时也降低了人类通讯的质量，这些问题激发了人们对电磁波吸收材料的研究热情。根据电磁波的损耗机制，电磁波吸收材料可以主要分为磁损耗和介电损耗材料两种，其中磁损耗材料因为更有利于制备出更薄的电磁波吸收体而成为当前研究的热点。对于磁性电磁波吸收材料，材料的磁导率和介电常数决定了它的吸收性能。作为传统的磁性电磁波吸收材料，铁氧体具有强磁性和低导电率，已经得到人们广泛的研究和关注。但由于材料本身的Snoek局限性，铁氧体适用于低于GHz的频率范围。在高频率的GHz范围内，由于磁导率急剧减小，铁氧体在高频率范围中的吸收性能大大降低，导致其吸收层的厚度增加。

金属磁体具有很高的饱和磁化率，它的Snoek局限性在很高的频率范围，即使在高频范围中它的磁导率还能保持很高，因而就能制备出更薄、更轻质、适用频率范围更加宽的电磁波吸收材料。但是当金属磁体用于电磁波吸收材料时也存在一个严重的问题，通常它们有很高的导电率，在电磁波环境中产生的涡流损失可以使材料的磁导率减小，从而严重影响材料的吸收性能。

单纯的钴纳米材料电磁波吸收性能受到阻抗匹配等条件的限制，其吸收性能并不理想。例如：质量分数为50％的钴钠米线与石蜡的复合材料在2～18GHz频率范围内具有电磁波吸收，但吸收强度较弱，当吸收层厚度为5mm时，其最大的吸收强度仅为～23.5dB(参见文献:Physica B,2010,405(1484))。这主要归因于钴纳米的线状结构，使得材料分散度低，在石蜡复合材料中相互交联形成导电的网络，在电磁波环境中产生较大的涡流损失，降低了磁导率；另外，钴纳米线作为单一的磁性材料，介电损耗较差，致使阻抗匹配条件较差，导致材料的电磁波吸收强度较弱。为了降低涡流损失同时改善阻抗匹配条件，人们尝试将纳米金属磁体颗粒均匀分布在非导体介质中或者在磁体颗粒的表面包裹一层非导电薄膜用来抑制涡流损失。例如，文献The Journal of Physical Chemistry C，2011，115(14025)提供了一种钴/碳纳米管复合材料，其制备方法包括：a)将多壁碳纳米管浸泡在浓硝酸中进行酸化处理，然后离心干燥；b)将酸化后的碳纳米管分散到六水硝酸铁溶液中，在旋转蒸发仪上进行抽真空处理并用蒸馏水洗涤；c)将上一步反应得到的产物放入氢气气氛管式炉中，并在900℃条件下还原处理3h，得到MCNTs/Co。该钴/碳纳米管复合材料是一种新型的电磁波吸收材料，使得钴的阻抗匹配条件大大改善，吸波性能得到提高。但是，受金属磁体的颗粒尺寸大小、形态以及均匀性的影响，难以满足高性能电磁波吸收材料的要求；另外，其复杂的制备工艺和较高的制作成本也难以满足大规模工业化生产的需求。

综上，现有的钴/碳纳米复合电磁波吸收材料在结构、性能等方面仍存在诸多问题，因此，有必要研究一种新的钴/碳纳米复合电磁波吸收材料。

发明内容

针对上述现有技术中存在的问题，本发明的旨在提供一种三维多孔花状结构钴/碳纳米复合电磁波吸收材料及其制备方法。本发明采用溶剂热和化学还原法相结合的合成路线工艺简单、成本低，制备的三维多孔花状结构钴/碳纳米复合电磁波吸收材料具有饱和磁化率高、矫顽力大、轻质、抗氧化能力强、电磁波吸收性能优异等特点。