[发明专利]一种封装镍的硼、氮共掺杂碳纳米管吸波材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种封装镍的硼、氮共掺杂碳纳米管吸波材料及其制备方法，所述方法包括：将氢氧化钠和硼氢化钠溶解于水中，混合均匀得到溶液。配置好的溶液在机械搅拌过程下缓慢且匀速的滴加入六水氯化镍的水溶液中，溶液中将会出现沉淀硼化镍，经过滤、清洗、烘干得到硼化镍。将硼化镍与双氰胺按比例混合并研磨均匀。将混合均匀的硼化镍和双氰胺的混合物在惰性气氛下进行高温煅烧处理，即可得到最终材料。本发明方法工艺简单，可重复性强，制得的封装镍的硼、氮共掺杂碳纳米管吸波材料具有质量轻，耐腐蚀，吸波性能好等特点。制得的碳纳米管的管径均匀，镍的掺杂使其具有磁性损耗，作为吸波材料具有优异的电磁吸波性能。

技术领域

本发明涉及到一种封装镍的硼、氮共掺杂碳纳米管吸波材料的制备方法及其应用，属于吸波材料技术领域。

技术背景

随着无线电技术和电子设备的飞速发展，无线电技术在带给我们生活上极大便利之时，同时电磁辐射的存在可能会引起电磁干扰其他正常工作设备和损伤人体器官的可能性。因此迫切需要开发一种能够吸收衰减不需要的电磁波的吸波材料。电磁波通过吸波材料时，入射功率会分成反射功率、吸收功率和透射功率。其中吸波材料的凹凸性可以形成多次反射延长电磁波的传播途径，进一步增强吸收器的吸收能力。电磁吸收材料主要是利用介电损耗和磁滞损耗将不需要的电磁波转化为热能。磁损耗主要由涡流损耗、磁畴共振和磁滞引起。在吸波材料的实际运用中还需要具备耐腐蚀、轻质量、强的吸收能力、宽的吸收带宽等特性。

碳纳米管是一种一维碳材料，由于它可看作是少层石墨烯卷曲所形成的，因此它也具有和石墨烯类似的特性例如，较好的导电性，较高的化学惰性。并且碳纳米管还具有良好的传热性能，作为吸波材料时能很好的将电磁波能量转化为的热能很快的散发出去。碳纳米管较高的比表面积会造成多重散射，对碳纳米管的掺杂会使得缺陷增加，和悬挂键增多，容易形成界面极化。综上所述，碳纳米管作为典型的一维碳基材料，相较于传统重金属吸波材料例如铁、铜等具有质量较轻，柔韧性较好、耐腐蚀等优势，是一种具有极大潜力的吸波材料。由于磁性颗粒对电磁波吸收表现良好，因此碳纳米管与磁性颗粒复合使得材料的饱和磁化强度更大，Snoek极限更高，从而确保了更好的电磁吸波性能。

目前关于碳纳米管作为吸波剂的研究有很多。例如，Bao Tianjian等人成功制备出Co-MWCNTs，其制备的复合材料在15.2GHz的频率下，反射损失达到-21.41dB。与纯的MWCNTs相比，复合了Co的吸波材料在8.4GHz多了一个吸收峰，显示出复合金属使得碳纳米管材料的吸波潜力变大。(Bao Tianjian，Zhao Yan，Su Xiaofeng.Astudy of theelectromagnetic properties of cobalt-multiwalled carbon nanotubes(Co-MWCNTs)composites[J].Materials Science and Engineering B，2011(176)：906-912)。ChenWang等人利用化学镀的方法制备出了CNTs复合Fe-Co合金的吸波材料，具体是使用化学镀在碳纳米管表面镀上一层Fe-Co合金，其制备的复合材料在13.5GHz有强的吸收峰，反射损耗值为-21.4dB。反射损耗低于-10dB的带宽有4.6GHz。沈曾民等人成功制备出碳纳米管表面附着镍的吸波材料，具体方法是在碳纳米管表面镀上镍后与环氧树脂混合制成涂层。结果表明添加镍之后，反射损耗小于-5dB的最大吸收带宽有4.60GHz，-10dB的吸收最大带宽有2.23GHz。综上所述，碳纳米管复合材料作为吸波剂具有较大的潜力。但是目前较多的碳纳米管复合材料存在以下几个问题：

(1)复合金属的碳纳米管相较与未复合的吸收带宽有增加的趋势。但是制备的大多数金属都是通过镀膜的形式沉积在碳管表面，在实际应用中不耐腐蚀。

(2)一般的碳纳米管复合材料反射损耗小于-10dB的吸收带宽都较窄。

(3)且一般的碳纳米管极少情况下能在不同厚度下都具有较好的吸波性能。

(4)碳纳米管复合金属制备方法较多都采用CVD的方法无法实现规模化大批量生产，不利于实际工业生产。

发明内容