[发明专利]一种金属氧化物三维蜂窝状碳材料及其制备方法

说明书

本发明涉及碳材料技术领域，尤其涉及一种金属氧化物三维蜂窝状碳材料及其制备方法。本发明公开了一种金属氧化物三维蜂窝状碳材料的制备方法，该制备方法使用三维阵列的聚苯乙烯胶晶模板用为软模板，在高温下易分解，在碳化过程中会分解除去模板，操作方便，简化了传统的制备步骤，从而提高了生产效率；该制备方法制得的金属氧化物三维蜂窝状碳材料具有三维蜂窝状碳基结构，增加了材料的比表面积，从而增加了三维蜂窝状碳材料中金属氧化物的负载量；该三维蜂窝状碳材料的碳基材料具有高介电损耗、低密度和高导电性，同时该三维蜂窝状碳材料的金属氧化物具有痕好的介电损耗和磁损耗，因此，该材料具有良好的电磁波吸收性能，可以作为吸波材料。

技术领域

本发明涉及碳材料技术领域，尤其涉及一种金属氧化物三维蜂窝状碳材料及其制备方法。

背景技术

随着电子和无线技术的快速发展，电磁干扰和污染正成为一个严重的全球性问题，其中电子集成器件和环境所受到的影响越来越严重。为了解决这些日益严重的问题，开发具有吸收频带宽，吸收强，重量轻和厚度薄的吸波材料势在必行。常规的制备吸波材料的方法步骤繁琐，需要先分别制得三维蜂窝状材料和金属氧化物后，再进行复合得到金属氧化物三维蜂窝状碳材料，该方法制备得到的碳材料形貌不易控制，使得所制备的材料涂层厚度达不到理想的“薄”以满足强的吸波性能。

发明内容

本发明提供了一种金属氧化物三维蜂窝状碳材料及其制备方法，解决了现有的金属氧化物三维蜂窝状碳材料制备方法步骤繁琐，且制备得到的金属氧化物三维蜂窝状碳材料形貌不易控制的问题。

其具体技术方案如下：

本发明提供了一种金属氧化物三维蜂窝状碳材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤1：将金属盐与碳源溶液混合，得到含有金属盐的碳源溶液；

步骤2：将所述含有金属盐的碳源溶液滴加到三维阵列的聚苯乙烯胶晶模板的表面，抽真空处理后干燥，得到产物；

步骤3：将所述产物进行碳化，得到金属氧化物三维蜂窝状碳材料。

本发明中，金属氧化物和蜂窝状的碳在碳化过程中同时生成，使用三维阵列的聚苯乙烯胶晶模板用为软模板，在高温下易分解，在碳化过程中会分解除去模板，无需额外去除，操作方便，简化了传统的制备步骤，从而提高了生产效率。该制备方法制得的金属氧化物三维蜂窝状碳材料具有三维蜂窝状碳基结构，增加了材料的比表面积，从而增加了三维蜂窝状碳材料中金属氧化物的嵌入量。另外，该金属氧化物三维蜂窝状碳材料的碳基材料具有高介电损耗、低密度和高导电性，且较其它无机非金属材料，碳的制备更简单，成本更低，同时该三维蜂窝状碳材料的金属氧化物具有良好的介电损耗和磁损耗。该制备方法使得金属氧化物三维蜂窝状碳材料的形貌易控制，蜂窝状均匀，从而增强了其电磁波吸收性能。

本发明中，所述金属盐中的金属为铁、钴和镍中的一种或多种，更优选为铁；本发明中金属碳化后，形成金属氧化物负载在三信蜂窝状碳材料中，金属氧化物优选为Fe₃O₄。Fe₃O₄具有强的介电损耗和强的磁损耗。

所述金属盐优选为硝酸盐、氯化铁或二茂铁，更优选为九水硝酸铁。

本发明中，所述碳源包括水溶性酚醛树脂或聚酰亚胺或葡萄糖，更优选为水溶性酚醛树脂。水溶性酚醛树脂属于热固性树脂，随着温度升高发生交联而稳定存在，因此，在碳化过程中不会发生结构坍塌，可以使三维蜂窝状的结构保持稳定。

优选地，所述碳源溶液的质量浓度为10％～50％，更优选为10％～30％，进一步优选为10～20％，最优选为10％形貌保持的最佳。

优选地，所述金属盐中的金属与所述碳源中的碳的摩尔比为(1～3)：(1～3)，更优选为3：(1～3)，进一步优选为3：1、3：2或1：1。