[发明专利]原位催化生长低螺旋碳纳米复合物微波吸收材料的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种全新微波吸收性能增强的低螺旋碳纳米复合物的合成方法。

背景技术

伴随着通讯设备、个人电脑、局域网以及雷达系统等的迅猛发展，电磁波干扰已经变得越来越严重，因而微波吸收材料在近几年来受到人们的重点关注。除此之外，电磁波对人体也是有害的，当人体受到电磁波的过度辐射将会导致癌症、免疫系统降低等危害。在军事工业方面，微波吸收材料可以避开雷达跟踪而达到军事交通工具隐身的目的。众所周知理想微波吸收材料应同时具有极好的力学特性、低密度、强稳定性、强吸收、宽频等众多优点。到目前为止，虽然已经有很多类型的铁磁性复合微波吸收材料制备工艺的报道。然而，这些传统铁磁性复合材料由于密度大、化学稳定差等原因从而在很大程度上限制了其实际应用。为了设计、合成出轻质、稳定的强吸收微波吸收材料，本发明合成并系统地研究了核壳结构碳纳米复合材料的微波吸收性能。

发明内容

本发明要解决的问题是：通过系统的实验分析和总结，设计并合成出核壳结构的低螺旋碳纳米复合物。并结合理论计算和分析，通过核壳结构纳米材料各种参数的调控，合成出介电损耗和磁损耗能够很好补偿的低螺旋碳纳米复合材料，从而寻求和研发出理想微波吸收材料。

本发明的技术方案是：

 原位催化生长低螺旋碳纳米复合物微波吸收材料，首先利用水热方法合成Fe₂O₃纳米管，将所得Fe₂O₃纳米管粉末平铺在小瓷舟内并放入管式炉，在氩气的保护作用下将反应温度由室温升高至600°C；关闭氩气并立即切换通入乙炔气体，在Fe₂O₃纳米管表面原位催化裂解乙炔2个小时后再将所得样品在氩气中退火1个小时，待整个装置冷却至室温后可在小瓷舟内收集到黑色样品，该黑色样品为低螺旋碳纳米管和Fe纳米颗粒所形成的核壳结构纳米复合材料。

Fe₂O₃纳米管的制备方法是：首先将0.5 mol/L 的FeCl₃溶液和0.02 mol/L 的NH₄H₂PO₄溶液各9.6 ml与150 ml去离子水充分混合搅拌均匀，在220 °C 下水热处理48小时后，分别用去离子水和酒精清洗后得到Fe₂O₃纳米管。

本发明的有益效果是：本发明采用Fe₂O₃纳米管作为催化剂材料，通过原位催化裂解乙炔方法实现了核壳结构低螺旋碳纳米复合物的合成。研究结果表明该结构的碳纳米复合物由于具有极好的介电损耗和磁损耗补偿，使得该复合物相比与其他类型碳纳米复合物能够表现出更加优异的微波吸收性能，是一种比较理想的轻质微波吸收材料。这一重要结果亦为理想微波吸收材料研究和开发提供了强有力的理论依据和实验基础。

通过原位催化生长方法实现了核壳结构碳纳米复合物的可控合成，并且所合成物质具有很好的介电损耗和磁损耗补偿，样品在整个频段内(0.5-18 GHz)可获得低于-10 dB的反射率 (相当于90%的吸收)，在7.66-11.14 GHz 频谱范围内可获得低于-20 dB的反射率(相当于99%的吸收)，样品的最低反射率可达-39.40 dB，并且当样品厚度在4.5-9.0 mm之间时，在同一厚度可在该样品上观察到多个反射峰。因而，与其他结构碳纳米复合物相比，该种结构碳纳米复合物可表现出更加优异的微波吸收性能。本发明的最大区别在于采用Fe₂O₃纳米管原位催化的方法合成出核壳结构低螺旋碳纳米复合物，并实现了该复合物的介电损耗和磁损耗很好的补偿，进而使得该复合物能够表现出更加优越的微波吸收性能。

附图说明

图1为质量分数为30%的碳纳米复合物与石蜡所形成复合物的介电常数图；

图2为质量分数为30%的碳纳米复合物与石蜡所形成复合物的复磁导率随着频率变化的关系曲线；

图3为质量分数为30%的碳纳米复合物与石蜡所形成复合物的介电损耗、磁损耗与频率关系曲线。

具体实施方式

以下是本发明的实例(实例中所用试剂均为化学纯)，该实验过程主要分两步完成：