[发明专利]多级异质结构复合材料及其制备方法和电磁微波吸收应用

说明书

本发明提供一种多级异质结构复合材料及其制备方法和应用，涉及纳米复合材料电磁微波吸收领域。本发明先通过在棉布表面包覆导电性能好的MXene纳米片作为导电层，为电磁波吸收而产生的感生电流的传输提供了通道；随后通过常温反应在MXene表面原位生长垂直状态的片状Co‑MOF，在三聚氰胺作为碳源和氮源下进一步通过异质外延的方法催化生长氮掺杂碳纳米管Co‑NCNTs；外延的碳纳米管将相邻的MOF片连接起来，形成三维的导电网络结构，提供了大量的异质界面，异质界面的存在提供极化损耗来转化电磁微波，使得复合材料的电磁微波吸收性能和有效吸收带宽得以提高；且形成三维网络结构，优化了复合材料的阻抗匹配，使电磁微波在复合材料中发生多次反射和散射损耗。

技术领域

本发明涉及纳米复合材料电磁微波吸收领域，具体涉及一种多级异质结构复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

随着电子技术的快速发展，智能设备广泛的进入人们的生活，给人们提供了巨大的便利。但是，同时也给人类带来了看不见的电磁环境污染。长时间生活在电磁波辐照下，给人们的身体和心理健康带来了严重的威胁。

基于此，发展电磁微波吸收材料用于高效吸收多余的电磁波变得急不可待。传统的电磁微波吸收材料可以分为介电损耗材料和磁损耗材料，介电损耗材料为碳基材料为主，碳基材料以传导损耗以及极化损耗来损耗电磁波，但是阻抗匹配差严重限制了碳材料的应用。磁损耗材料以交换共振以及自然共振，涡流损耗等损耗电磁波，由于磁性材料本身物理属性使其不满足轻质的要求，而且磁性材料往往带来的过热的问题，极大地限制了磁性材料在微波吸收领域的应用。

此外，随着电子设备的小型化，发展电磁微波吸收性能优异以及质量轻的复合材料也将具有更大的应用潜在价值。

发明内容

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了一种多级异质结构复合材料及其制备方法和应用，解决了目前电磁微波吸收材料吸收性能低和吸收带宽窄的技术问题。

(二)技术方案

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：

一种多级异质结构复合材料，所述多级异质结构复合材料为Co-NCNTs@MXene@CF，包括：

二维层状化合物MXene纳米片包覆棉布基底表面，所述MXene纳米片表面原位生长片状Co-MOF，所述片状Co-MOF催化外延生长的氮掺杂碳纳米管Co-NCNTs彼此之间相互连接，形成多级异质网络结构。

优选的，所述氮掺杂碳纳米管Co-NCNTs截面直径在15～25nm。

优选的，所述二维层状化合物MXene纳米片均匀包覆在棉布基底表面。

一种多级异质结构复合材料的制备方法，包括：

S1、清洗棉布基底；

S2、将原材料Ti₃AlC₂加入氢氟酸溶液中，水浴条件下刻蚀后并冰浴超声剥离，离心获得少数层MXene水溶液冷藏备用；

S3、将清洗后未干的棉布基底放入步骤S2中制备的少数层MXene水溶液中浸泡，并进行干燥处理，重复浸泡烘干过程，真空保存备用；

S4、将步骤S3中制备的MXene@CF放入含有Co(NO₃)₂·6H₂O溶液中后，加入二甲基咪唑溶液，待反应完成后，产物用水清洗数次，真空干燥，待冷却后备用；

S5、将步骤S4中制备的Co-MOF@MXene@CF滴加三聚氰胺无水乙醇溶液，真空干燥后，在N₂气的保护下进行热解催化，待温度冷却到室温下得到多级异质结构复合材料Co-NCNTs@MXene@CF。