[发明专利]一种基于氮掺杂的铁碳复合吸波材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开一种基于氮掺杂的铁碳复合吸波材料及其制备方法和应用，属于吸波材料技术领域，所述制备方法包括以下步骤：以铁盐和碳源为原料，将其均匀分散于水溶剂中，于80～100℃下，反应4～12小时，获得铁碳复合吸波材料前驱体；将获得的铁碳复合吸波材料前驱体与氮源混合均匀后，在氩气氢气混合气体氛围中，于700～900℃保温1～3小时，得到黑色固体状的粗产物，所述粗产物经后处理后即得到铁碳复合吸波材料。本发明通过简单工艺原位成功制备了纳米碳管形貌且在X波段具有强吸收的铁碳复合吸波材料。

技术领域

本发明涉及吸波材料技术领域，尤其涉及一种基于氮掺杂的铁碳复合吸波材料及其制备方法和应用。

背景技术

近年来，随着科学技术的飞速发展，电磁技术的应用越来越广泛，无线电波通讯、雷达探测、医疗等装备都离不开电磁波。但电磁波在带来便利的同时可能对环境产生电磁污染，对人体造成健康隐患，减少电磁波对人类正常生活的负面影响十分重要，目前防护电磁波污染主要采用两种方法，一是利用材料高导电性产生屏蔽效应保护器件免受电磁波感染，但大量反射电磁波无法从彻底解决电磁污染情况。因此在特定领域需要使用“电磁吸收”机制治理电磁污染，使用“电磁吸收机制”治理电磁污染可以从根本上消除电磁污染，是当前普遍使用的一种方法，一般是通过调节材料本身结构，如空心，多层，碗状可以实现电磁波在材料内部的多次反射，控制材料组分，使其达到合适的阻抗匹配，既能保证电磁波能顺利进入材料内部，又能保证材料本身对进入的电磁波达到最大转化消耗。

铁氧体是一种以铁及其他铁族金属氧化物为主复合金属氧化物，介电性能好，同时具有电磁损耗。磁滞损耗、涡流损耗和自然共振、介电损耗是低频波段和高频区域是其主要损耗来源。虽然其密度大，但在涂层厚度较薄时可以兼顾吸收强度和吸收宽度。价格低廉且来源广泛，目前在军事、暗室、电磁防护以及预防电磁干扰领域使用较为广泛。尖晶石型和磁铅石型是目前最主要研究对象，晶体结构差异使两种结构吸波性能表现不同。

现有技术公开了一种通过静电纺丝-热解途径制备两种Fe/C纳米纤维(CNF)电磁波吸收材料的方法，以水/乙醇为溶剂体系制得CNFwater，以N,N-二甲基甲酰胺(DMF)/乙醇为溶剂体系得到CNFDMF。但是，该现有技术使用的溶剂体系具有毒性，且溶剂比例对产物的尺寸影响较大，不能满足大规模批量生产，同时得到铁碳复合材料性能不佳，电磁参数不能灵活调节，导致其在实际应用中受限。为此，本发明提供一种性能优异的电磁参数可调的基于氮掺杂渗碳体的铁碳复合吸波材料。

发明内容

为了解决上述现有技术中的不足，本发明提供一种基于氮掺杂的铁碳复合吸波材料及其制备方法和应用，本发明通过结构设计和调控，利用简单工艺原位制备纳米碳管形貌的基于氮掺杂渗碳体的铁碳复合吸波材料，充分利用了纳米材料高导电性、形状异性提高铁碳复合吸波材料介电性能以及铁金属本身的铁磁共振效应，得到了在X波段具有强吸收的电磁波吸波材料。

本发明的一种基于氮掺杂的铁碳复合吸波材料及其制备方法和应用，具体是通过以下技术方案实现的：

本发明的第一个目的是提供一种基于氮掺杂的铁碳复合吸波材料的制备方法，包括以下步骤：

以铁盐和碳源为原料，将其充分溶解于水溶剂中；

将溶解后的液体于80～100℃下，反应4～12小时，干燥后，即获得铁碳复合吸波材料前驱体；

将获得的铁碳复合吸波材料前驱体与氮源混合均匀后，在氩气氢气混合气体氛围中，于700～900℃保温1～3小时，得到黑色固体状的粗产物，所述粗产物经后处理后即得到铁碳复合吸波材料。

进一步地，所述铁盐与碳源的质量比为1:1～4。

进一步地，所述铁碳复合吸波材料前驱体与所述氮源的质量比为1:9～11。

进一步地，所述铁盐为硝酸铁；

所述碳源为PVPK-30；