[发明专利]磁性氟化碳材料吸波剂、制备方法、应用和吸波材料

说明书

本发明属于吸波材料技术领域，涉及磁性氟化碳材料吸波剂、制备方法、应用和吸波材料。该制备方法包括：先将四氧化三铁纳米颗粒负载在碳材料上制备得到Fe₃O₄@碳材料复合材料，再在0～30℃下对Fe₃O₄@碳材料复合材料进行氟化处理。本发明的优势在于，一方面，四氧化三铁的引入可以增加碳纳米管的磁性；另一方面，四氧化三铁可以提高碳纳米管的氟化反应活性，因此在较低温度下就可以制备得到高氟化程度的氟化碳纳米管，从而有利于降低吸波剂的介电常数。因此磁性氟化碳纳米管具有高的磁导率和低的介电常数，因而表现出良好的阻抗匹配性，从而具有强的吸波强度和宽的吸波频段，满足新型吸波材料“轻、薄、强、宽”的要求。

技术领域

本发明属于吸波材料技术领域，具体涉及磁性氟化碳材料吸波剂、制备方法、应用和吸波材料。

背景技术

随着电子科学技术的不断发展和电子产品的广泛应用，一方面为人们的日常生活带来了巨大的便利，而另一方面电子产品在使用过程中产生的电磁波也对人们造成了极大困扰。在生活中，电磁波扰乱了正常的通信，更对人们的生命健康造成了极大危害；在军事上，雷达技术的日新月异对飞行器的安全构成了极大威胁。传统的铁磁类吸波剂因其密度大、吸收弱等缺点已经不能满足人们的需求，发展新型高效吸波剂具有重大的意义。其中，碳纳米管是一维的纳米线，具有优异的电性能，其巨大的长径比和优良的导电性使得碳纳米管在较少的添加量时就能达到较高的导电水平。因此，碳纳米管有制备“轻、薄、强、宽”吸波材料的潜力。

然而，纯的碳纳米管是非磁性材料，其不匹配的介电性能和磁性能使得碳纳米管的阻抗匹配性能不佳，电磁波容易在碳纳米管表面反射而不能被很好损耗，因此对碳纳米管进行改性对于提高碳纳米管的吸波性能至关重要。常见的提高碳纳米管吸波性能的手段是将磁性纳米粒子负载到碳纳米管上或者填充在碳纳米管管内，通过增加磁性成分以增加阻抗匹配，从而实现吸波性能的提升。然而，简单的杂化并不能实现碳纳米管吸波性能的大幅度提升，在很多情况下，杂化材料仍然以介电损耗为主，磁性粒子的引入对吸波剂磁导率的影响不显著，因而吸波剂的阻抗匹配改善效果不佳。如Chang等将四氧化三铁与碳纳米管混合，其反射损耗仅有－25.9dB(Chemical Engineering Journal 285(2016)497–507)。因此，为了进一步优化杂化材料的吸波性能，已经有报道通过调控四氧化三铁的形状、尺寸、分布结构和聚集态结构来调控电磁性能以获得更优异的吸波性能(ACS appliedmaterials&interfaces，2017，9(3)：2973－2983)。然而磁性粒子的调控难度较大，这限制了其大规模应用。

此外，直接氟化是碳纳米材料表面改性的有效手段。一般，直接氟化操作便利、成本低廉、效果显著，适于工业化生产。目前，直接氟化被证明可以调控碳纳米材料的导电性能和介电性能，最近发现氟化碳纳米管相比原始碳纳米管表现出更好的吸波效果(TheJournal of Physical Chemistry C 2018，122，6357-6367)。然而，由于原始碳纳米管的石墨化程度高，表面惰性，现行的实现碳纳米管的有效氟化的方法往往需要高达400℃以上的温度(Electrochimica Acta 107(2013)343–349)。引入缺陷可以明显提高碳纳米管的氟化活性从而降低碳纳米管的氟化温度，但为了制备高氟含量的氟化碳纳米管，一个相对较高的氟化温度(如190－250℃)仍然是必要的(The Journal of Physical Chemistry C2013，117，12078－12085)。高的氟化温度一方面不利于大规模工业化生产，另一方面也对碳纳米管的结构造成极大破坏。此外，氟化碳纳米管是一种非磁性材料，其作为吸波材料仍以介电损耗为主，因此氟化碳纳米管吸波剂的吸波频段往往较窄(小于2GHz)。这些缺点极大限制了氟化碳纳米管的应用。

鉴于此，特提出本发明。

发明内容