[发明专利]一种基于工业废弃稻壳碳的磁性复合吸波材料及制备方法

说明书

本发明公开了一种基于工业废弃稻壳碳的磁性复合吸波材料及制备方法，所述磁性复合吸波材料利用工业废弃稻壳碳为碳源，采用浸渍法及热处理使其内外表面负载铁磁金属Fe、Co、Ni及其合金制得。本发明所述的磁性复合吸波材料具有轻质、宽频和高效等特点，在电磁波吸收与屏蔽领域展现出良好的应用前景，而且其吸波强度和频率范围等性能参数可简单地通过改变浸渍液中金属盐浓度、热处理温度或时间、涂层厚度和填充量等进行有效调控，以满足不同应用环境的需求；本发明所述的磁性复合吸波材料的制备方法工艺简单、操作方便、成本低、产率高，可连续大量制备基于工业废弃稻壳碳的磁性复合吸波材料。

技术领域

本发明涉及电磁功能材料，特别是一种基于工业废弃稻壳碳的磁性复合吸波材料及制备方法。

背景技术

近年来，随着电子信息技术的迅猛发展和移动通讯设备的广泛使用，电磁干扰与电磁污染日益严重，不仅干扰电子设备的正常运行，而且也威胁着人类的身心健康。电磁波吸收材料可以利用各种磁或介电损耗机制将电磁波能转化为热能或其他形式的能量耗散掉，目前被广泛认为是解决电磁干扰与污染问题最有效的方法之一。因此，为了满足军事和民用领域电磁防护及信息安全的要求，迫切需要开发高性能如厚度薄、质量轻、频带宽和吸收强且制备工艺简便以及价格低廉的电磁波吸收材料。

零维碳纳米球、一维碳纳米管/纤维、二维石墨烯、三维碳气凝胶等碳基材料因其各自独特的优势而成为潜在的轻质高效微波吸收材料，但在预处理及制备过程中通常需要使用大量的强酸和氧化剂，可能会对环境带来污染，加之合成工艺复杂、成本高，阻碍它们在微波吸收领域的深入应用。生物质碳具有来源广、可再生、孔隙结构独特、比表面积较大等诸多优点，已在储氢材料、电化学传感器、电极材料、污水处理等领域得到应用。近期的研究发现，生物质碳具有独特的微结构，其内部众多的微/纳孔道不仅可以降低材料的密度和导电性，而且这也有利于改善其阻抗匹配性能，使入射电磁波尽可能多地进入材料内部被衰减吸收。另外，生物质碳表面含有大量的含氧官能团，不仅能产生更多的偶极子，增强介电损耗，还有利于与其他物质结合形成异质微/纳结构。于是利用自然界中生物质碳固有的特性，并通过优化微结构和组分，可以设计开发出绿色低成本、高性能的新型微波吸收材料。

稻谷是我国主要粮食作物之一，年产量2亿多吨。稻壳是主要副产品，约占稻谷质量的20～25％，除小部分作为燃料、饲料等用途，大部分露天焚烧或废弃，造成严重的环境问题。稻壳富含纤维素、木质素、半纤维素、二氧化硅等，其中二氧化硅以网络状分布其中，起着骨架作用，木质素和纤维素等有机质填充在网络中。稻壳独特的理化特性，使其在活性炭、人造纤维、催化剂载体、吸附剂等方面受到关注和研究。为了促进稻壳的深加工利用，近期稻壳作为生物质原料被用于生物质气发电，但其副产物稻壳碳的利用和处理又带来了新的问题。这些工业废弃稻壳碳含有较多的二氧化硅，刻蚀之后可以形成大量的微纳孔洞，为设计轻质高性能吸波材料提供了一个良好的载体。碳基材料与磁性材料(如铁氧体、铁磁金属或合金)相结合形成微纳结构已被证明是获得轻质高效电磁波吸收材料的一种有效策略。因此，将磁性纳米颗粒负载在轻质多孔稻壳碳上，有望实现对电磁波的宽频高效吸收，得到一种综合性能优异的稻壳碳基吸波材料；同时设计一个便于工业化生产的简单制备工艺，有效推动其在电磁波吸收与屏蔽领域的实际应用。

发明内容

发明目的：本发明的目的是提供一种具有良好的吸波效果且厚度薄、频带宽、吸收强以及电磁参数与吸波特性可宽范围调控的基于工业废弃稻壳碳的磁性复合吸波材料；本发明的第二目的是提供一种上述磁性复合吸波材料的简单易操作的制备方法；本发明的第三目的是提供一种采用上述磁性复合吸波材料制备的吸波涂层。

技术方案：本发明所述的一种基于工业废弃稻壳碳的磁性复合吸波材料，所述材料采用的稻壳碳呈多孔结构，所述材料中的磁性物质为Fe_xCo_1-x、Fe_xNi_1-x或Ni_xCo_1-x(0≤x≤1)，颗粒尺寸在20～80nm之间，磁性物质均匀负载在多孔稻壳碳的表面及孔洞内壁，其质量百分含量为10～70％。