[发明专利]一种硫掺杂多孔纳米碳电磁波吸收材料及其制备方法

说明书

一种硫掺杂多孔纳米碳电磁波吸收材料及其制备方法，该材料为黑色粉末，由多个纳米碳颗粒通过静电作用团聚形成，纳米碳颗粒为直径210～230nm的球形颗粒，纳米碳颗粒的表面具有多个通过双氧水刻蚀形成的微孔，微孔边缘的缺陷处官能团与硫元素以共价键形式结合，纳米碳颗粒的表面还通过电负性吸附有硫元素，硫元素的含量为材料总质量的0.5%～5%。制备方法为首先制备纳米碳，然后将纳米碳与双氧水共热处理得到多孔纳米碳，再将多孔纳米碳与硫代乙酰胺混合煅烧。材料中硫元素通过共价键结合和电负性吸附两种形式与纳米碳颗粒掺杂，具有较宽的有效吸收频带宽度和较高的电磁吸收强度，化学稳定性强，具备优异的微波吸收性能，制备过程成本低、工艺简单。

技术领域

本发明涉及电磁波吸收材料领域，尤其涉及一种硫掺杂多孔纳米碳电磁波吸收材料及其制备方法。

背景技术

随着电磁技术的发展，电磁隐身在工业及军事领域应用越来越广泛，对电磁波吸收材料的需求也在日益增加，石墨化碳基材料由于较低的密度，优良的介电性质，以及环境友好特性，受到了研究者们的广泛关注，并且已经有大量关于各种类型的纳米尺寸微波吸收材料被报道。现有的各种碳基材料的发展主要集中在纳米结构设计和特异元素引入功能上，主要特点为，一方面通过采用空心碳材料，获得比同类型实心材料更低的密度以及更优异的电磁吸收性能，例如，西北工业大学的徐海龙课题组，利用模板法制备的空心红细胞状碳球的电磁吸收性能比实心碳球高约80%，样品在所测频段（2～18GHz）的最大有效吸收带宽能够达到3.0GHz；另一方面通过在碳材料中引入孔结构，能够有效提升材料的电磁波吸收性能，例如，南京航空航天大学的姬广斌课题组，以面粉为原料合成了蜂窝状纳米多孔生物质碳，孔结构的引入将材料有效吸收带宽提升至4.8GHz。

然而现有技术依然存在诸多问题：1、现有的纳米尺寸碳基材料往往难以保证产物形貌规则，让材料性能的改进在一定程度上受到限制；2、表面有孔的碳材料的导电能力较无孔的碳材料低，介电损耗能力被削弱。而硫元素的引入能平衡材料电磁参数，提升电磁吸收性能，因此一种工艺简单，制得的产物形貌规则且尺寸均一的硫掺杂多孔纳米碳电磁波吸收材料的制备开发非常有必要。

发明内容

本发明的目的是提供一种硫掺杂多孔纳米碳电磁波吸收材料及其制备方法，改善现有的纳米碳电磁波吸收材料难以保证产物形貌，介电损耗能力较弱的缺陷。

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种硫掺杂多孔纳米碳电磁波吸收材料，该材料为黑色粉末，由多个纳米碳颗粒通过静电作用团聚形成，所述纳米碳颗粒为直径210～230nm的球形颗粒，纳米碳颗粒的表面具有多个通过双氧水刻蚀形成的微孔，微孔边缘的缺陷处官能团与硫元素以共价键形式结合，纳米碳颗粒的表面还通过电负性吸附有硫元素，硫元素的含量为材料总质量的0.5%～5%。

上述的硫掺杂多孔纳米碳电磁波吸收材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤1、向盛放有纳米SiO₂的容器中加入500~1000ml乙醇、20~50ml甲醛、2~4g间苯二酚，并加入适量氨水调节混合溶液至呈碱性，匀速搅拌反应18~24h后进行离心分离，对离心分离所得的粉末在氮气保护下进行高温碳化处理，然后用氢氧化钠溶液刻蚀去除纳米SiO₂，得到颗粒直径为210~230nm的纳米碳材料；

步骤2、将步骤1所得的纳米碳材料与100~500ml双氧水混合均匀，然后进行共热处理，得到多孔纳米碳材料；

步骤3、将步骤2所得的多孔纳米碳材料与硫代乙酰胺以质量比1:0.5~1:2的比例混合，以2~5℃/min的升温速率升温至200~300℃进行预烧，预烧时间为10~20min，然后以2~5℃/min的升温速率升温至500~700℃进行煅烧，煅烧时间为1~2h，冷却后即得到硫掺杂多孔纳米碳电磁波吸收材料。

优选的，步骤1中，高温碳化处理的温度为700℃。

根据上述技术方案，本发明的有益效果是：