[发明专利]一种碳包钴复合纳米吸波材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种碳包钴复合纳米吸波材料，其包括磁性金属Co纳米颗粒(1)和无定形碳层(2)，所述Co纳米颗粒为内部核心，表面均匀包覆着碳壳层。该方法采用硝酸盐热解法和液相水解/聚合－碳还原法制得Co@C复合纳米颗粒，其合成工艺简单，所得的Co@C复合纳米颗粒平均直径为5～100nm。在电磁波吸收领域，Co@C复合纳米颗粒作为吸波剂，在吸波体厚度为1～4mm，有效吸波频宽为3.5～18GHz，可以完全覆盖整个C、X和Ku波段。

技术领域

本发明涉及一种吸波材料，更特别地说，是指一种碳包钴复合纳米吸波材料，该材料可应用于电磁波吸收技术领域。

背景技术

随着无线电子通讯的飞速发展和高频电子器件的广泛应用，电磁干扰、电磁辐射等电磁污染问题日趋严重。一方面，电磁干扰会影响精密电子设备的正常运行，造成仪器功能失灵。此外，电磁辐射会引起人体生物钟紊乱、免疫力下降、细胞病变等问题，给人体健康带来严重危害。电磁污染已经成为继水污染、大气污染、噪声污染之后当今生活中的第四大污染。另一方面，在现代战争中，雷达仍是探测目标最可靠手段，因此雷达隐身技术已经成为衡量武器装备性能的最重要的标准之一。武器装备能否对敌人的雷达探测技术实现隐身，决定了武器装备战场的生存能力。吸波材料是一类能够将入射电磁波能量转化为热能或其他形式能量，从而吸收或者大幅减弱入射到表面的电磁波能量的材料。因此，在民用和军用领域，都迫切需要研究开发高性能电磁波吸收材料。

理想电磁波吸收材料应具有质量轻、厚度薄、吸收强度强和有效频带宽的特点。磁性金属钴因具有大的各向异性场、高饱和磁化强度等优点而被视为一种典型的磁损耗型电磁波吸收材料。但是，由于其介电损耗能力不足，金属钴吸波剂的电磁波吸收性能较差。同时，存在密度大、稳定性差等问题，不利于其在电磁波吸收领域直接应用。碳材料具有质量轻、稳定性好，介电损耗能力优异等优点。将碳材料与磁性金属复合可以显著降低材料的密度、提高材料的稳定性，改善材料的电磁波吸收性能。但是，由于高磁导率的钴与高介电常数的碳材料常常存在阻抗匹配较差，使得复合材料的电磁波吸收性能不理想。同时，磁性金属钴颗粒容易团聚，难以获得均匀稳定的碳包钴颗粒。

发明内容

本发明的目的之一是提出一种采用硝酸盐热解法和液相水解/聚合－碳还原法制得的Co@C复合纳米颗粒。本发明制备的Co@C复合纳米颗粒具有典型的核－壳结构，其拥有丰富的异质界面有助于增强界面极化效应，均匀包覆的无定形碳壳层中存在大量的缺陷有助于增强偶极极化效应，另外还原获得的Co纳米颗粒使得复合纳米材料具有强磁损耗能力，Co核与碳壳层之间的协同效应改善了阻抗匹配，增强了对电磁波的衰减和损耗。

本发明的目的之二是提出一种基于硝酸盐热解法和液相水解/聚合－碳还原法的低成本、简易工艺。本发明方法通过硝酸盐热解法制备Co₃O₄前驱体，经液相水解/聚合法在Co₃O₄前驱体包覆酚醛树脂获得Co₃O₄@酚醛树脂前驱体，再经高温碳还原法制备获得Co@C复合纳米颗粒。在煅烧过程中，纳米尺度的Co₃O₄@酚醛树脂前驱体自身产生的碳能够作为还原剂直接将核心Co₃O₄还原成Co，这与传统的采用氢气气氛还原是有区别。

本发明的目的之三是将Co@C复合纳米颗粒作为吸波剂应用于电磁波吸收领域。在吸波体厚度为1～4mm，有效吸波频宽为3.5～18GHz，可以完全覆盖整个C、X和Ku波段。

本发明的一种采用硝酸盐热解法和液相水解/聚合－碳还原法制备Co@C复合纳米颗粒的方法，其特征在于有下列步骤：

步骤一，硝酸盐热解法制备Co₃O₄纳米颗粒；

步骤11，通过超声处理将六水合硝酸钴溶解在去离子水中；通过逐滴添加氨水将溶液的pH调节至11～12，并将溶液搅拌100～120min，制得混合溶液；