[发明专利]具有反常铁磁性能的碳基质螺旋手性序构超材料及其制备方法和应用有效

专利信息
申请号: 202110153264.0 申请日: 2021-02-03
公开(公告)号: CN112938928B 公开(公告)日: 2023-10-20
发明(设计)人: 段玉平;黄灵玺;庞慧芳 申请(专利权)人: 大连理工大学
主分类号: C01B32/05 分类号: C01B32/05;H01Q15/00
代理公司: 大连东方专利代理有限责任公司 21212 代理人: 周媛媛;李馨
地址: 116024 辽*** 国省代码: 辽宁;21
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摘要:
搜索关键词: 具有 反常 铁磁性 基质 螺旋 手性 序构超 材料 及其 制备 方法 应用
【说明书】:

发明公开了一种具有反常铁磁性能的碳基质螺旋手性序构超材料,其由碳材料构成,碳材料组成螺旋序构,这种螺旋序构具有手性特征。碳材料由纯棉质材料等通过碳化工艺制得,制得的碳材料具有反常的铁磁性能,且这种反常铁磁性能与螺旋序构的磁性能共同作用,可影响其对微波实现增益或吸收效果。碳基质超材料分别在不同温度下碳化而制得,其可具有负介电常数虚部或负磁导率虚部。400℃和600℃碳化后在2‑18GHz频段可以实现微波增益效应,700℃和800℃碳化后在2‑18GHz频段可以实现微波吸收效应,1000℃碳化后在2‑18GHz频段可实现既有增益又有吸收的效应。而且所制得的碳基质螺旋手性序构超材料具有优异的耐腐蚀、耐高温、可见光抗反射特点。

技术领域

本发明涉及一种超材料,特别是一种具有反常铁磁性能的碳基质螺旋手性序构超材料。

背景技术

微波技术被在现代社会被普遍应用,尤其在通信技术、雷达探测及反探测、航空航天领域,不同领域应用的材料对微波的作用性能有所不同,比如通信设备或雷达的天线,其需要对微波实现增益,以实现更好的信号强度。而在通信领域的滤波器或其他吸波材料,其需要对微波的吸收。上述应用都需要材料实现与自由空间的良好阻抗匹配,而在微波段,需要材料同时具有介电常数和磁导率才能保证这一性能。铁磁性材料由于具备上述条件而在相关领域应用较多,如传统的铁、钴、镍等,但是铁磁材料在具体的环境适应性方面比较差,比如在海洋的盐雾腐蚀环境下,以及高温环境下,会迅速氧化而失效。而另一方面,非铁磁性材料虽然可以适应恶劣的环境,但是其不具备铁磁性,使得其阻抗匹配性能较差,难以应用在通信或探测领域。因此开发新型材料,实现良好的微波增益或吸收性能,且具有良好的抗腐蚀性、耐高温性能等等,成为了相关领域的重要需求。而如果用于雷达隐身领域,还需要可见光抗反射能力,以实现多频段隐身功能。可见光抗反射作用也可以在降低城市光污染、太阳能发热或发电等领域应用。

发明内容

本发明是为了解决现有技术所存在的上述不足,提出一种结构新颖,构思巧妙,以碳材料为基质,制备简便的螺旋手性序构超材料。其核心在于实现反常的性能:使原本是非铁磁性的碳材料具备铁磁性,并且通过构建螺旋序构,使其成为超材料,碳材料本身和螺旋序构共同作用进一步调控材料的磁性能。其在不同的碳化温度下,可以分别实现对微波的增益或者吸收功能,并且具有优异的抗腐蚀性和耐高温性,可以在极端环境下应用。并具有可见光抗反射作用,具有微波和可见光频段兼容的特点,且可在降低城市光污染、太阳能发热或发电、可见光隐身等领域应用。

本发明的技术解决方案是:一种具有反常铁磁性能的碳基质螺旋手性序构超材料,其特征在于:所述的材料由碳材料构成,线状的碳材料沿着直线长轴旋转组成螺旋序构的超材料,这种螺旋序构具有手性特征,可分为左手螺旋和右手螺旋。碳材料由纯棉质材料等通过碳化工艺制得,制得的碳材料本身具有反常的铁磁性能。具体碳化工艺为将样品放置于管式炉中在空气气氛下加热1~4小时,加热温度为200~300℃,之后在氩气气氛下加热到相应温度进行碳化,具体碳化温度为400~1000℃,具有螺旋序构的纯棉材料在碳化后仍然保有原来的形状,因此碳材料也具有螺旋序构。碳材料本身具有铁磁性,并且这种铁磁性与螺旋序构的磁性能共同作用后,使得不同温度碳化制得的手性序构的碳材料可具有负介电常数虚部或负磁导率虚部,且具有对微波的增益或吸收作用。400℃碳化制得的碳基质螺旋手性序构超材料具有负介电常数虚部,700℃以上碳化制得的碳基质螺旋手性序构超材料具有负磁导率虚部。且400℃和600℃碳化后在2-18GHz频段可以实现微波增益效应,700℃和800℃碳化后在2-18GHz频段可以实现微波吸收效应,1000℃碳化后在2-18GHz频段可实现既有增益又有吸收的效应。

进一步地,在上述技术方案中,随着碳化温度的升高,螺旋手性序构碳材料的磁导率虚部的负值降低。

进一步地,在上述技术方案中,碳材料可以具有反常的铁磁性能,这种铁磁性能影响其对微波实现增益或吸收效果。

进一步地,在上述技术方案中,所制得的螺旋手性序构碳材料具有优异的耐腐蚀、耐高温和可见光抗反射作用。

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