[发明专利]一种氮化硅@碳吸波泡沫及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种氮化硅@碳吸波泡沫及其制备方法和应用，属于复合材料的制备领域，本发明以具有三维网络结构的氮化硅纳米带气凝胶为骨架，以有机碳源为碳前驱体，通过简单的水热法将有机碳源均匀地包覆于氮化硅纳米带气凝胶表面，并通过热解炭化得到三维网络结构的氮化硅@碳吸波泡沫。将碳材料与具有三维网络结构的氮化硅纳米带气凝胶进行复合，利用其独特的多孔骨架和氮化硅气凝胶本身的低介电常数，实现吸波泡沫与环境间的阻抗匹配；利用氮化硅纳米带和碳包覆层形成的核壳结构及吸波泡沫中的连续三维网络机构，引入了界面极化和多重散射等多中电磁波损耗机制，得到了具有优异吸波性能的低密度吸波泡沫。

技术领域

本发明属于吸波材料的制备领域，具体涉及一种氮化硅@碳吸波泡沫及其制备方法和应用。

背景技术

近年来，随着电子设备的广泛应用产生了大量的电磁辐射，这些辐射对人体健康和电子设备的正常运行产生了极大的影响，因此用于减少电磁干扰同时保护环境免受电磁辐射污染的新型微波吸收材料受到了研究者们广泛的关注。根据损耗机理的不同可以将微波吸收体归为两类，即磁性吸波材料和介电吸波材料。由于磁性材料存在密度大，易腐蚀和高温下铁磁性能下降的缺点，阻碍了它们在微波吸收器中的应用。因此，介电材料逐渐受到了研究者的重视。

碳材料属于介电材料中的一种，具有超低密度、高电导率、优异的微波吸收性能和环境稳定性等优点，然而单一的碳材料具有较高的复介电常数和较差的阻抗匹配，无法满足实际应用中对于高性能吸波材料的要求。为了获得性能更为优异的碳基吸波材料，有研究者以氮化硅块体为多孔骨架，该块体由氮化硅粉或晶须经过无压烧结制备得到，以碳材料(石墨烯，热解碳，碳纳米纤维等)为填充剂，构建导电网络，调控材料阻抗匹配特性，有效的提高了碳基材料的吸波性能，然而以这种多孔氮化硅为骨架的碳基材料最小反射损耗均高于-30dB，有效吸波频带不超过5GHz，制备的复合材料密度较大(1.5g/cm³)，主要原因是这类材料本身不连续的微观结构，限制了其对电磁波的有效耗散。

发明内容

本发明的目的在于提供一种氮化硅@碳吸波泡沫及其制备方法和应用，本发明选择的原料成本低、制备方法简单，可以快速制备吸波性能优异的吸波材料，适合于高效吸波材料的工业化生产。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

本发明公开了一种氮化硅@碳吸波泡沫，该泡沫是以专利CN109704781A中提供的氮化硅纳米带气凝胶作为骨架，并在氮化硅纳米带表面制备一层厚度为20～150nm的非晶碳层而形成的三维连续网络结构。

优选地，所述氮化硅纳米带气凝胶中的纳米带长度为100～500μm，宽度为0.2～3μm。

本发明还公开了一种氮化硅@碳吸波泡沫的制备方法，包括以下步骤：

1)配制浓度为0.1～1.0mol/L的有机碳源溶液；

2)将氮化硅纳米带气凝胶加入有机碳源溶液中，经水热处理制得氮化硅@有机碳复合物；

3)将氮化硅@有机碳复合物先后进行洗涤、干燥和煅烧，制得氮化硅@碳吸波泡沫。

优选地，步骤1)中，有机碳源选择有机糖类、聚乙烯吡咯烷酮和柠檬酸中的一种或几种。

优选地，步骤2)中，水热处理是在100～200℃下，处理4～48h。

优选地，步骤3)中，洗涤采用的试剂包括无水乙醇、正丁醇、甲醇或正己烷中的一种或几种，洗涤时间为4～24h。

优选地，步骤3)中，干燥温度为50～100℃，干燥时间为4～24h。

优选地，步骤3)中，在无氧环境(氮气、氩气或真空)中煅烧，煅烧温度为500～800℃，煅烧时间为2～6h。

本发明公开了氮化硅@碳吸波泡沫作为吸波材料的应用。