[发明专利]一种碳气凝胶复合材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种碳气凝胶复合材料及其制备方法，所述复合材料以蓖麻基纳米纤维素碳气凝胶为基体，负载VS₂纳米花球，纳米花球状颗粒的尺寸为200‑1000nm，所述制备方法中将VS₂纳米花球分散于蓖麻基纳米纤维素胶体溶液中一起冷冻干燥、高温煅烧制得VS₂@蓖麻基纳米纤维素碳气凝胶复合材料。本发明制得的复合材料不仅解决了单一金属硫化物VS₂导电性差吸波能力不足导致无法应用于吸波材料中以及单一碳材料缺乏多种有效的电磁波损耗机制协同作用导致不能满足应用需求的技术问题，还实现了2‑18GHz频率范围内的阻抗匹配优化，并显著了增强电磁波衰减能力，可作为新型轻质高效微波吸收材料的理想选择。

技术领域

本发明涉及微波吸收材料及其制备方法，具体涉及一种碳气凝胶复合材料及其制备方法。

背景技术

现有微波吸收材料存在吸收能力弱、吸收频带单一、密度大和结构单一等问题，无法满足新时期对微波吸收材料的综合要求。因此，开发性能高效优异的微波吸收材料迫在眉睫。

金属硫化物是一类新型的微波吸收材料，其较大的比表面积、独特的电子结构和易于形成具有特殊性质的非均相结构，被证明是理想的低频微波吸收材料。二硫化钒VS₂作为一种过渡金属硫化物，不仅保留了金属硫化物的特性，同时由于其独特的本征铁磁性和半导体属性，增强了磁损耗和介电损耗，丰富了微波吸收机理，然而，VS₂纳米花球目前尚未应用于微波吸收领域。VS₂的低导电性导致低导电损耗，影响微波吸收性能，因此通过引入其他高导电性组分，可增强导电损耗，调控材料的电导率，获得合适的介电常数，实现阻抗匹配优化，同时丰富的界面结构也有利于界面极化消耗电磁波。

蓖麻是一种适应性很强，各种土质均可种植的天然植物资源，以蓖麻为原料获取的蓖麻基纳米纤维素具有广泛的可获得性。同时蓖麻基纳米纤维素具有一定机械强度和纳米尺度效应，由其制备得到的蓖麻基纳米纤维素气凝胶具有高孔隙度和三维孔隙网络结构，增大了材料的界面，有利于电磁波多次反射和散射，引起电磁衰减。碳化后在保证原有多孔结构的同时可以转化为具有介电损耗的碳材料，不仅有利于介电损耗和电磁波多次反射和散射，而且提高了电导率，增强了导电损耗。但是，单一碳材料通常不能满足阻抗匹配要求，需要与其他材料复合以提高介电损耗和磁损耗能力，通过多种损耗机制协同作用增强电磁波衰减。

发明内容

发明目的：为了解决上述技术问题，本发明旨在提供一种吸波性能优异的碳气凝胶复合材料，并且本发明还提供了上述复合材料的制备方法。

技术方案：本发明所述碳气凝胶复合材料，包括蓖麻基纳米纤维素碳气凝胶基体和VS₂纳米花球，所述VS₂纳米花球负载在蓖麻基纳米纤维素碳气凝胶基体上。

所述纳米花球状颗粒的尺寸为200-1000nm。

本发明所述碳气凝胶复合材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)将钒盐、含硫前驱体和表面活性剂溶于溶剂中，搅拌均匀后，进行溶剂热反应，所得产物经离心、洗涤、干燥后得到VS₂纳米花球；

(2)将蓖麻纤维加入固体酸中，加热熔融、预水解，预水解后的蓖麻纤维进行剪切处理，所得悬浮液经离心洗涤、超声、搅拌后得到蓖麻基纳米纤维素胶体溶液；

(3)将步骤(1)得到的VS₂纳米花球分散于步骤(2)得到的蓖麻基纳米纤维素胶体溶液中，经超声、冷冻干燥后的产物再经高温煅烧、冷却即得到VS₂@蓖麻基纳米纤维素碳气凝胶复合材料。

进一步的，所述步骤(1)中钒盐为偏钒酸铵或偏钒酸钠中的一种，含硫前驱体为硫代乙酰胺或硫脲中的一种，表面活性剂为十二烷基三甲基溴化铵，溶剂为乙二醇。