[发明专利]一种轻质空心碳立方体吸波材料及其制备方法

说明书

本发明属于材料制备领域，特别是指一种轻质空心碳立方体吸波材料及其制备方法。本发明是要解决现有方法制备的纯碳吸波材料阻抗不匹配、电磁波吸收频带不可调等问题，在充分利用硬模板构建空心结构的基础上，提出了一种轻质空心碳立方体吸波材料的制备方法。本发明选取Cu₂O微球为硬模板，经原位生长、煅烧、模板移除等工艺得到轻质空心碳立方体，通过调节Cu₂O表面聚多巴胺前驱体的包覆厚度来调控空心碳立方体的壳层厚度，能够在小范围内实现碳材料电导特性的有效调控，亦可根据需要获得适宜电导特性的吸波材料，有利于改善材料的阻抗匹配和吸波效果。轻质空心碳立方体吸波材料的开发有望应用于建筑吸波材料领域。

技术领域

本发明属于材料制备领域，特别是指一种轻质空心碳立方体吸波材料及其制备方法。

背景技术

随着电子信息产业的发展，电子产品得到了广泛应用，随之也带来了一系列电磁辐射的问题，给人们的生产、生活带来诸多影响。降低电磁辐射的重要途径是电磁波吸收，吸波材料能够促使电磁能转化为热能或经干涉相消而从根本上消除电磁辐射。碳材料具有密度低、价格低廉、制备工艺简单、结构可调等优势而在吸波领域极具潜力。目前，大多数报道集中于“电磁双损”型复合材料，如磁性金属/碳复合吸波材料，磁性组分的引入在一定程度上调节了材料的阻抗匹配特性，但电磁波衰减仍主要归功于碳组分的介电损耗，且高密度的磁性组分亦不利于轻质吸波材料的开发。

近期研究发现，材料内部的空腔或多孔结构能够促进电磁波形成反复震荡吸收，延长电磁波与材料的相互作用时间，增加吸波材料的有效吸收厚度，同时，空腔或多孔结构也有利于轻质建筑吸波材料的开发。文献(材料导报,2015,29:131-135)利用有限元模拟计算证实，在相同的电磁辐射环境下，空心碳纤维表面电场强度比实心碳纤维小，有利于阻抗匹配；空心碳纤维表面电场强度随着直径、壁厚的增大而增大，因此，通过碳材料的壁厚(碳层厚度)和孔结构来实现其电导特性、阻抗匹配和吸波性能的调控具有一定的理论指导。目前，绝大多数报道利用热解温度来调节碳材料的电导特性，由于碳材料的导电、晶格缺陷等性质对温度十分敏感，这种方法只能在大范围内调控，并不能实现碳材料电导特性的有效调控。因此，利用有效的手段来调控多孔碳材料的电导特性于电磁波吸收领域具有重要意义，也有利于轻质碳吸波材料在建筑领域的开发和应用。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提出一种轻质空心碳立方体吸波材料及其制备方法，充分利用Cu₂O模板构建空心结构，解决纯碳吸波材料阻抗不匹配、电磁波吸收频带不可调等问题。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种轻质空心碳立方体吸波材料的制备方法，步骤如下：

（1）配制铜盐的水溶液，加入表面活性剂搅拌10min，然后逐滴加入NaOH溶液，待溶液变蓝色，搅拌条件下逐滴加入还原性溶液，持续反应至溶液变为橘红色，用去离子水和乙醇充分洗涤溶液中的沉淀物，经真空干燥得Cu₂O立方体；

（2）将多巴胺分散至三羟甲基氨基甲烷缓冲溶液中，得多巴胺分散液，搅拌条件下加入步骤（1）得到的Cu₂O立方体，持续反应4-6h后，经离心、洗涤、干燥以收集固体，即为Cu₂O@PDA立方体；

（3）将Cu₂O@PDA立方体置于气氛保护的管式炉中高温煅烧得到Cu₂O@C-x复合材料，将Cu₂O@C-x复合材料置于酸性溶液中搅拌24 h以移除模板，重复移除模板3-5次以保证中心模板完全移除，混合物洗涤、干燥得到空心碳立方体材料，产物命名为C-x。