[发明专利]Ni/C复合纳米纤维微波吸收剂、制备方法及其应用

说明书

技术领域

本发明属于电磁波吸收材料领域，尤其涉及一种新型宽频、轻质、强吸收一维磁性碳基纳米复合吸波材料及其制备方法。

背景技术

电磁波吸收材料在军工及民事方面均有着广泛的应用，已经成为军事装备电磁隐身、电磁屏蔽和抗电磁辐射干扰等技术领域研究的热点。吸波材料对电磁波的吸收主要依赖于填充其中的电磁波吸收剂。随着纳米技术的发展，传统吸收剂如铁氧体和磁性金属材料的低维纳米化使其对电磁波的吸收性能虽然有了很大程度的提高和改善，但单一组分吸收剂还是难以满足现代科学技术发展对吸波材料性能所提出的“厚度薄、质量轻、频带宽、吸收强”的要求。于是将多种吸收剂进行复合制成纳米结构复合吸波材料可能是实现吸波性能实质突破的有效途径之一，同时也是吸波材料未来发展的一个重要方向。利用复合材料的协同效应和电磁参数可调的优点，将不同吸收频段、不同损耗机制的吸收剂进行多元复合，通过调节材料的结构组成、微观形貌以及电磁参数以实现其阻抗匹配，从而以达到低密度、强吸收和宽频带的效果。

传统吸波材料往往因为密度大、稳定性差或吸收频带窄、匹配厚度大等缺点制约了其发展和应用。纳米碳纤维作为一种重要的吸波材料，凭借其低密度、耐高温、抗腐蚀和优异的电学性能等优点受到人们的青睐。然而作为典型的介电损耗材料，其电磁匹配性较差，对电磁波具有强烈的反射性。目前，应用中的纳米碳纤维吸波材料多为表面包覆磁性金属涂层或磁性氧化物涂层，以达到对纳米碳纤维进行磁改性及改善其电磁匹配的目的，所获得的复合材料的吸波性能均优于单一使用时的性能。但由于所镀或沉积的磁性金属或合金涂层位于碳纤维的表面，其抗氧化和耐腐蚀性能较差，从而在一定程度上限制了此类磁性碳纤维复合材料在一些复杂环境下的正常使用。

发明内容

发明目的：针对上述现有存在的问题和不足，本发明的目的是提供一种区别于以往磁性碳纤维吸波材料且工艺简单的新型高性能一维磁性金属/碳复合材料微波吸收剂、制备方法及其应用。

技术方案：为实现上述发明目的，本发明采用以下技术方案：一种Ni/C复合纳米纤维微波吸收剂，所述复合纳米碳纤维掺杂包含有Ni纳米颗粒，且表层被石墨化碳层包裹，该复合纳米炭纤维的平均直径为100～300nm。

一种上述Ni/C复合纳米纤维微波吸收剂的制备方法，包括以下步骤：

步骤1：纺丝溶液配制，在二甲基甲酰胺(DMF)中加入聚丙烯腈，并搅拌至完全溶解；然后再加入乙酰丙酮镍继续搅拌到完全溶解，得到均匀、透明、稳定的纺丝溶液；

步骤2：将步骤1得到的纺丝溶液移入静电纺丝装置中，进行静电纺丝得到聚合物-金属盐复合前驱体纤维，并将收集到的前驱体纤维在80～120℃下干燥10～24h；

步骤3：在惰性气体条件下，将步骤2得到复合前驱体纤维经过预氧化后，并经过碳化处理得到Ni/C复合纳米纤维。

步骤1所述纺丝溶液中聚丙烯腈的质量分数为5～12%；乙酰丙酮镍的质量分数为4～13%。

步骤2所述静电纺丝工艺参数为：电压10～22kV，溶液推进速率0.2～0.8mL/h，固化距离为15～25cm，温度为15～30℃，湿度小于60%。

步骤3所述预氧化具体参数为：温度为180～280℃，保温时间1～3h，升温速率为1～5℃/min。

步骤3所述碳化处理具体参数为：温度为600～1300℃，气氛为氩气或氮气，保温时间1～3h，升温速率为2～10℃/min。

一种基于上述Ni/C复合纳米纤维微波吸收剂的吸波涂层，以硅胶为基体，在硅胶中掺杂3～10wt%的Ni/C复合纳米纤维微波吸收剂，且吸波涂层的厚度为1.2～2.0mm。

有益效果：与现有技术相比，本发明所具有以下优点：本发明所制备的Ni/C复合纳米纤维微波吸收材料不但具有重量轻、频段宽、吸收强等特点，而且还具有较强的抗氧化和耐腐蚀能力，磁性金属Ni的引入大幅提高和改善了纳米碳纤维的吸波性能，在电磁隐身、电磁屏蔽和抗电磁辐射干扰等技术领域具有广阔的应用前景;本发明采用静电纺丝结合后期热处理过程一步合成了Ni/C复合纳米纤维，所提出的制备路线可方便地扩展用于构筑含其他磁性金属或合金材料的磁性碳纤维微波吸收剂;相对于其他用于制备磁性碳纤维复合材料的方法，本发明所采用的制备技术具有工艺简单，成本低廉，产率较高等特点，可连续大量制备目标产物Ni/C复合纳米纤维。

附图说明

图1为本发明实施例1制备的Ni/C复合纳米纤维的SEM照片；