[发明专利]一种单壁碳纳米管内嵌磁性金属碳洋葱纳米复合材料及其应用与制备方法

说明书

一种单壁碳纳米管内嵌磁性金属碳洋葱纳米复合材料及其应用与制备方法，属于纳米材料制备工艺以及应用技术领域。本专利发明了一种单壁碳纳米管内嵌磁性金属碳洋葱纳米复合材料，该纳米复合材料中单壁碳纳米管相互交联成三维多孔结构，可通过干涉有效抵消微波，而内嵌的磁性金属碳洋葱通过分子间作用力和共轭作用粘附于单壁碳纳米管上以进一步提供微波吸收位点，使得该纳米复合材料展现出优越的吸波性能；同时该纳米复合材料合成工艺简洁、能耗低且成本低，所合成的纳米复合材料产量可达到克量级，纯度高，同时可调整原料配比进而控制所合成复合材料中磁性金属的种类以及比例。该纳米复合材料在吸波隐身材料领域具有巨大的应用价值。

技术领域

本发明涉及碳纳米复合材料领域，更具体而言，涉及一种单壁碳纳米管/内嵌磁性金属碳洋葱纳米复合材料及其应用。

背景技术

碳洋葱和碳纳米管由日本学者饭岛澄男先后于1980、1991年发现，它们分别为零维和一维碳纳米材料，它们的发现同富勒烯一样具有革命性意义：这些纳米结构的稳定存在表明了碳材料边缘的空档键是可以减少的，也即在纳米尺度上，碳能量最低的完美结构并不是二维平面，而是三维闭合网络。碳洋葱和碳纳米管的理化性质优异，逐步被用于催化、传感、电磁屏蔽、场发射、吸波与电化学等领域。

而在微波吸收领域中，单纯的单壁碳纳米管基本不展示出有效的吸波效果，通常需要与其他物质复合形成复合材料，才能提供优异的吸波效果。为了简化制备工艺，本发明采用电弧放电法一步即可制得克量级单壁碳纳米管/内嵌磁性金属碳洋葱纳米复合材料。

发明内容

一方面，碳纳米复合材料合成工艺复杂，能耗高，成本高，这些缺点限制了碳纳米复合材料的实际应用；另一方面，零维碳纳米材料因为具有非常高的表面能而十分易于发生团聚现象，进一步影响了其应用性能。

本专利发明了一种单壁碳纳米管/内嵌磁性金属碳洋葱纳米复合材料，该复合材料具备三维疏松结构方法，可有效抵消或吸收微波，既解决了单纯单壁碳纳米管吸波效果差的问题，同时又提供了一种工艺简洁、能耗低、成本低，且对环境友好的制备方法。

本发明采用如下技术方案实现：

本发明公开一种单壁碳纳米管内嵌磁性金属碳洋葱纳米复合材料：

一种单壁碳纳米管内嵌磁性金属碳洋葱的纳米复合材料，其包括单壁碳纳米管，所述单壁碳纳米管外壁附有内嵌磁性金属的碳洋葱；所述单壁碳纳米管相互交缠形成三维疏松多孔结构，内嵌磁性金属的碳洋葱以范德华力和共轭π键结合于单壁碳纳米管上。

优选地，所述纳米复合材料的体积密度不低于1.2 g/cm³。

优选地，所述单壁碳纳米管的直径为0.7~2.2 nm，且多根单壁纳米管形成纳米束。

优选地，所述磁性金属碳洋葱的粒径为5~20 nm。

优选地，所述磁性金属是铁、钴、镍中的一种或是多种。

优选地，所述单壁碳纳米管和内嵌磁性金属碳洋葱的外部还附有微量的无定型碳。

进一步地，所述单壁碳纳米管、内嵌磁性金属碳洋葱与无定型碳的质量比为：40~45：52~57：3，三者之和为100%。

上述纳米复合材料在微波吸收中的应用，其厚度仅为2 mm时，反射损失低于-10dB（90%吸收效率）的吸收带宽可以覆盖13.0~17.8 GHz，反映出纳米复合材料可用作轻质高频吸波材料；而其厚度为1.5-5 mm，反射损失低于-10 dB的总吸收带宽为5.5~17.6 GHz。

上述的单壁碳纳米管内嵌磁性金属碳洋葱纳米复合材料的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

预先制造磁性金属/石墨复合电极作为阳极，然后采用电弧放电法一步制得上述任一项所述的纳米复合材料；