[发明专利]一种MWCNTS吸波剂、其制备方法及吸波材料

说明书

本发明提供一种MWCNTs吸波剂、其制备方法及吸波材料，属于吸波材料技术领域。吸波剂的制备方法包括：在0‑30℃温度下对多壁碳纳米管进行第一次氟化，然后在100‑190℃温度下对多壁碳纳米管进行第二次氟化。在实现对外管充分氟化的同时能够保护内管不受损坏；仅需两次氟化操作，工艺简单、成本低廉、利于工业化生产。吸波剂采用该方法制得，氟化阻抗匹配层在碳纳米管外层通过直接氟化原位生长而成，结构稳定性较好，利于电磁波的透过；内管的完整性好，电磁波损耗能力优异。吸波材料包括树脂材料及上述吸波剂，吸波性能及机械性能优异，满足新型吸波材料“轻、薄、强、宽”的要求。

技术领域

本发明涉及吸波材料技术领域，具体而言，涉及一种MWCNTs吸波剂、其制备方法及吸波材料。

背景技术

科学技术的不断发展使得各种电子产品、电器设备在人们生活及军事领域得到了广泛的应用。在日常生活中，一方面，电子设备为人们生活提供了极大的便利；而另一方面，电子设备在运用过程中产生的电磁污染也极大影响了人们的生活，比如电磁辐射扰乱了正常的通信，更对人体的生命健康造成了巨大威胁。在军事上，随着雷达技术的发展，传统的吸波材料如铁氧体、金属微粉、碳化硅、石墨、导电纤维等受限于吸收频带窄、密度大等缺点，已经不能实现对飞行器和飞行员安全的有效保护。因此，开发具有质量轻、频道宽和吸收强等特征的新型吸波剂具有重要的意义。

碳纳米管(CNTs)具有优异的电性能，其巨大的长径比使得碳纳米管很容易在基体中形成导电网络，这使得碳纳米管的逾渗值低于传统的炭黑和石墨吸波剂，因而较低量碳纳米管即可达到与高含量石墨、炭黑相同的导电性。此外，碳纳米管还具有比表面积大、质量轻、机械强度高、耐腐蚀等优点，因而碳纳米管具有制备“轻、薄、强、宽”吸波材料的潜力。但是纯碳纳米管由于缺失磁性损耗，阻抗匹配性较差，电磁波容易在材料表面反射，因而表现出较差的吸波性能，这极大限制了碳纳米管在吸波领域的应用。为了提高碳纳米管的阻抗匹配，对碳纳米管进行改性至关重要，绝大多数报道着眼于碳纳米管中与磁性粒子的杂化。如Chen等(Nanoscale，2014，6，6440-6447) 提出将γ-Fe₂O₃填充入碳纳米管内部可以将反射损耗降至-32.7dB；又如Li等(ACS Appl.Mater.Interfaces 2017，9，2973-2983) 将Fe₃O₄纳米颗粒负载在碳纳米管表面可将反射损耗降至-43dB。而杂化法的最大缺点是操作繁琐，常需要较精细的结构控制，此外，磁性粒子与碳纳米管结合力较弱而容易被剥离，且磁性粒子易被氧化，这些都极大限制了杂化法的运用。

直接氟化技术是碳纳米管改性的有效手段，其操作简单，价格低廉，效果显著，受到人们极大关注。其可以通过控制氟化程度来调控碳纳米管的导电性、介电性，因而氟化碳纳米管在电磁屏蔽表现出了一定优势(J.Fluorine Chem.2009，130，1111-1116.)。但是，Li等人(Electrochimica Acta 107(2013)343-349)进一步研究结果表明直接氟化会使碳纳米管的内管参与氟化反应从而使内管规整结构被破坏，这使得碳纳米管优异的导电性丧失，即降低了内管的电磁波损耗能力。从而，目前所研究制备的氟化碳纳米管的吸波性能不佳。因此，在碳纳米管外管氟化的同时保持内管结构的完整性是制备吸波性能优异的多壁碳纳米管(MWCNTs)吸波剂的关键。

发明内容

本发明的目的在于提供一种MWCNTs吸波剂的制备方法，其工艺简单、成本低廉、利于工业化生产；在实现对多壁碳纳米管的外管进行充分氟化的同时能够保护内管不受损坏。

本发明的另一目的在于提供一种MWCNTs吸波剂，其氟化阻抗匹配层在碳纳米管外层通过直接氟化原位生长而成，结构稳定性较好，利于电磁波的透过；内管的完整性好，电磁波损耗能力优异。

本发明的再一目的在于提供一种MWCNTs吸波材料，吸波性能优异，吸波剂的添加量少，厚度薄，满足新型吸波材料“轻、薄、强、宽”的要求。