[发明专利]一种X波段全频吸波的多孔膨润土复合材料及制备方法

说明书

本发明涉及一种X波段全频吸波的多孔膨润土复合材料及制备方法，采用膨润土生料为基体，并在其中均匀混合一定质量比的造孔剂，压制成块，然后在管式炉中烧结，得到残留一定含量自由碳的多孔膨润土陶瓷，最后通过真空浸渍的方法使多孔膨润土吸附水，形成多孔膨润土‑自由碳‑水三元复合材料。通过改变造孔剂的质量，可控制多孔膨润土陶瓷的孔隙率，通过控制烧结的时间，可控制残留碳的含量，通过控制真空浸渍时间来控制水的含量，通过对三者的调节可实现多孔膨润土‑自由碳‑水复合材料在X波段对电磁波的全频吸收。本发明能够适用于复合材料，是低成本制备X波段全频吸收多孔材料极为有效的方法。

技术领域

本发明属于多孔陶瓷基复合材料及制备方法，涉及一种X波段全频吸波的多孔膨润土复合材料及制备方法，是一种多孔膨润土陶瓷作为透波基体，自由碳作为吸波剂，水作为阻抗匹配相，三者协同作用，在X波段全频吸波的复合材料的制备方法。

背景技术

近年来，吸波材料被广泛应用于军事和民用领域，以解决电磁干扰、电磁辐射污染、电磁信息泄漏等问题。然而，研制高吸收、宽带宽、薄厚度、低重量的高效吸波材料仍然是一个难题。根据微波吸收机理可分为磁损耗、极化损耗和电导损耗。由于磁损耗材料的一些缺点，限制了其应用范围。因此，利用极化损耗和电导损耗的协同作用来制备具有优异微波吸收性能的材料。

极化包括电子极化、离子极化、偶极子极化和界面极化。对于介电材料，只考虑偶极子极化和界面极化。因此，可以采用偶极子极化或界面极化来改善介电材料的极化损耗。通过引入极性分子可以改善偶极子极化。例如，水分子是一个典型的偶极子分子，通过增加水分子可以提高偶极子极化。造孔剂会使陶瓷变为多孔材料，提高其孔隙率，从而增加界面极化。电导分为两部分：电子电导和离子电导。一般只讨论离子电导。由于离子电导的正相与材料的电导率有关，因此提高电导损耗的途径是引入电导率较高的第二相，如C、石墨烯、MAXene等。

吸波材料一般包括A相：透波基体和B相：吸波剂，有些体系还包括C相：阻抗匹配相。因此，微波的全频率吸收可以通过A、B和C相的设计来实现。

膨润土主要由蒙脱石(二氧化硅和氧化铝)组成，具有良好的耐水、耐氧腐蚀和耐高温性能，同时其原料易得，自然界分布广泛，价格低廉，其对电磁波的响应表现为透过，因此，膨润土作为透波基体是很好的选择。

将水作为吸波剂，文献中常用的手段是将水设计为各种形状的超材料，如Dhruba(J.o A.P.122，175106-175106(2017))将水设计为‘原子’，实现了在8.96-11.98GHz波段90％以上的微波吸收，未覆盖全X波段，材料的厚度为1.2mm；Shen,Z(J.Appl.Phys.123,225106(2018))将水设计为‘双层水’，实现了在6.8-21.0GHz波段90％以上的微波吸收，覆盖全X波段，材料的厚度为10.4mm。本专利中将水与多孔膨润土复合，实现了X波段的全频吸波，且厚度小于2.1mm，因此，这种制备方法克服了超材料微波吸收宽度窄、设计复杂、厚度较大、模拟与实验差异大等缺点。

发明内容

要解决的技术问题

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种X波段全频吸波的多孔膨润土复合材料及制备方法，通过在膨润土中加入造孔剂，使其成为多孔材料，并通过真空浸渍将水引入到材料中，形成多孔膨润土-自由碳-水复合材料。通过控制造孔剂的含量来控制孔隙率，通过控制烧结时间来控制自由碳的含量，通过控制浸渍时间来控制水的含量，优化出在X波段的全频吸波的复合材料。大大降低了多孔吸波材料的厚度，同时提高了多孔材料在X波段的吸波能力，所制备的多孔膨润土-自由碳-水复合材料在X波段实现了全频吸波，其厚度为2.0-2.3mm。

技术方案