[发明专利]一种多孔镍-碳纳米复合微球电磁波吸收材料及其制备方法与应用

说明书

技术领域

本发明涉及到一种多孔镍-碳纳米复合微球电磁波吸收材料及其制备方法与应用，属于电磁波吸收材料技术领域。

背景技术

磁损失、介电损失和导电损失材料均可以用来作为电磁波吸收体，而磁损失材料成为当前研究的热点，因为从它可以制备出更薄的电磁波吸收体。对于磁性电磁波吸收材料，材料的磁导率和介电常数决定了它的吸收性能。作为传统的磁性电磁波吸收材料，铁氧体具有强磁性和低导电率，已经得到人们广泛的研究和关注。但由于材料本身的Snoek局限性，铁氧体适用于低于GHz的频率范围。在高频率的GHz范围内，由于磁导率急剧减小，铁氧体在高频率范围中的吸收性能大大降低，导致其吸收层的厚度增加。为此有改进的例子，如CN103978228A公开了一种纳米锰铁氧体电磁波吸收材料,达到的吸收频宽达到3.6GHz，且最大吸收强度达到了-29dB。

金属磁体具有很高的饱和磁化率，它的Snoek局限性在很高的频率范围，即使在高频的范围中它的磁导率还能保持很高，因而就能制备出更薄、更轻质、适用频率范围更加宽的电磁波吸收材料。但是当金属磁体用于电磁波吸收材料时也存在一个严重的问题，通常它们有很高的导电率，在电磁波环境中产生的涡流损失可以使材料的磁导率减小，从而严重影响材料的吸收性能。

单纯的镍纳米材料的电磁波吸收性能受到阻抗匹配等条件的限制，其吸收性能一般。例如：质量分数为75％的镍纳米线与石蜡的复合材料在2-18GHz频率范围内具有电磁波吸收，但吸收强度较弱，当吸收层厚度为2mm时，其最大的吸收强度仅为-19dB(分贝)，参见文献:J.Appl.Phys.105,053911(2009)。这主要归因于镍纳米线的线状结构，使得材料分散度低，在石蜡复合材料中相互交联形成导电的网络，在电磁波环境中产生较大的涡流损失，降低了磁导率；另外，缺少介电损耗材料致使阻抗匹配条件较差，导致材料的电磁波吸收强度较弱。为了减少涡流损失，人们尝试将纳米金属磁体颗粒均匀分布在非导体介质中或者在磁体颗粒的表面包裹一层非导电薄膜用来抑制涡流损失。例如

CN102627945A提供一种磁性纳米材料-石墨烯复合体，化学式为h-Ni/GN,其制备方法包括：a)将氧化石墨溶于2-吡咯烷酮，得到棕色溶液；b)将乙酰丙酮镍和十八胺加入上述棕色溶液中，在氮气保护下加热至110℃～140℃维持20min～40min，再升温至245℃并维持1.5h～2.5h；c)加入有机溶剂将反应猝停，使反应体系的温度迅速降至室温；d)分离反应产物，洗涤后干燥，得到h-Ni/GN。该六方相镍纳米粒子-石墨烯复合体是一种新型的电磁波吸收材料，使得镍的电磁波吸波性能得到提高。但是，受金属磁体的颗粒尺寸大小、形态以及均匀性的影响，难以满足高性能电磁波吸收材料的要求；另外，其复杂的制备工艺和较高的制作成本也难以满足大规模工业化生产的需求。

发明内容

本发明针对现有镍电磁波吸收材料存在的不足，提供一种低成本、高吸收电磁波的多孔镍-碳纳米复合微球电磁波吸收材料及其制备方法。

本发明还提供多孔镍-碳纳米复合微球粉体的应用。

发明概述

本发明提供一种可在2-16.6GHz范围内更有效地吸收电磁波的材料,采用溶剂热和化学还原法合成多孔镍-碳纳米复合微球，本发明制得的多孔镍-碳纳米复合微球具有饱和磁化率高，矫顽力大，电磁波吸收性能好，轻质，抗氧化能力好，制备工艺简单以及成本低等特点。

发明详述

本发明的技术方案如下：

一种多孔镍-碳纳米复合微球电磁波吸收材料，是由碳与镍组成的多相纳米复合粉体；其中，纳米级碳包裹在纳米级和/或亚微米级镍颗粒的外面形成直径为10-300nm的碳包覆的镍颗粒，另有囊泡状的纳米级片状碳分布于碳包覆的镍颗粒之间，形成直径为1.2-3.0微米的多孔结构的单分散微球。

根据本发明，优选的，所述多孔镍-碳纳米复合微球的孔径为1-100nm。

本发明所述多孔镍-碳纳米复合微球的多孔结构形成于碳包覆的镍颗粒之间、纳米级片状碳和碳包覆的镍颗粒之间，以及包覆碳层内、纳米碳片内。

术语解释：囊泡状的纳米级片状碳，简称纳米碳片。本说明书中“囊泡状的纳米级片状碳”与“纳米碳片”含义相同。

根据本发明优选的，所述多孔镍-碳纳米复合微球中，碳与镍的质量比为(1～60):(40～99)。

根据本发明优选的，所述的碳是无定型碳或石墨。

根据本发明优选的，所述多孔镍-碳纳米复合微球的直径为1.2-1.5微米。