[发明专利]一种复合吸波材料及其制备方法和应用

说明书

本发明属于吸波材料技术领域，提供了一种复合吸波材料及其制备方法和应用。本发明将具有显著介电损耗的空心介孔碳球和类圆片状α‑Fe₂O₃进行有效的结构组装，使得到的复合吸波材料兼具轻质的特点和高效的吸波特性；在结构上，本发明巧妙地构想并制备出一种“足球状”的纳米结构，不仅有效的解决了类圆片状α‑Fe₂O₃因其高活性而易团聚的问题，而且大幅提升了复合吸波材料的净有效吸波面积。同时，类圆片状α‑Fe₂O₃的引入带来了组分间的界面极化损耗效应，增加了电磁波的有效损耗位点，降低了导电基体产生的趋肤效应。此外，空心介孔碳球内部的空腔有利于实现电磁波的反射衰减，从而促进复合吸波材料吸波性能的提升。

技术领域

本发明涉及吸波材料技术领域，尤其涉及一种复合吸波材料及其制备方法和应用。

背景技术

当下信息化时代的推进，带动了电子通讯和雷达探测技术的应运发展。电磁波作为搭载、传播信息最有效的载体，已经与人们的生活密不可分。而电磁波相关技术的革新让人们在享受其积极作用的同时，也面临着一系列的健康威胁。在军事领域中，现代化战争的发展要求使得隐身技术成为了各国军事发展的战略重点。因此，为了减少或消除对人体健康和环境有害的电磁污染以及提升军事反制能力，高性能吸波材料的研制和应用成为了解决这一问题的重要策略。

由于碳材料良好的复合特性、较低的比重、较强的化学稳定性等特点，自上世纪四十年代以来就在电磁波吸收领域有着广阔的研究与应用。但单一碳材料的高电导带来的阻抗失配问题限制了其进一步的性能提升。近年来，学者们致力于利用多孔/中空结构进行碳基吸波材料阻抗匹配特性的调控，并小有成果。殷小玮等人(Yin et al.Carbon HollowMicrospheres with a Designable Mesoporous Shell for High-PerformanceElectromagnetic Wave Absorption.Carbon,2017,9,7,6332-6341)对纳米级实心碳球、空心碳球以及介孔空心碳球的吸波性能做了直观对比，说明了孔结构和空心结构的存在对于碳基吸波材料的性能提升具有重要意义。

除了改进碳材料自身的结构外，通过组分间的复合作用和碳材料过高的介电常数也是提升其吸波性能的有效手段。α-氧化铁(α-Fe₂O₃)作为氧化铁的同质多象变种之一，是常温下最稳定的铁氧化合物，可耐受约1500℃的高温环境，最重要的是，其适中的介电常数可为提升碳基吸波材料的性能做出一定程度的贡献。吴宏景等人(Wu et al,EnhancedMicrowave Absorption Properties ofα-Fe₂O₃-Filled Ordered Mesoporous CarbonNanorods.Materials,2013,6,1520-1529)证明了相比于纯α-Fe₂O₃，有序介孔碳纳米棒与α-Fe₂O₃复合的吸波材料呈现出更宽的吸收带宽和更低的匹配厚度。公开号为CN 108774491 A的中国专利公开了一种三维石墨烯海绵/Fe₂O₃复合材料的制备方法，利用一定的化学手段使Fe₂O₃粒子锚定生长在石墨烯海绵中。公开号为CN 110591641 A的中国专利公开了一种Fe₂O₃@MXene复合粉末及其制备方法，利用Fe₂O₃表面的高活性使之负载于MXene表面。在这两项专利中，Fe₂O₃与导电基体的有效复合是研究的重点，但是从专利中展示的电镜图来看，Fe₂O₃在石墨烯和MXene基体中的不均匀分布以及导电基体的搭接在一定程度上损害了材料的吸波性能。

发明内容