[发明专利]一种碳/氧化锰/钴纳米复合纤维及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种碳/氧化锰/钴纳米复合纤维及其制备方法与应用，包括碳纤维、附着于碳纤维表面的钴纳米颗粒和氧化锰纳米颗粒，将钴源、锰源和碳源溶解在有机溶剂中，形成纺丝液，将纺丝液纺丝，制备前驱体，将前驱体经过干燥、预氧化和热处理，即得。引入氧化锰纳米颗粒，氧化锰纳米颗粒具有低电导率和低介电常数，低电导率可以抑制涡流的产生，低介电常数使其便于调控电磁参数、优化阻抗匹配的优势；这两方面因素，使得氧化锰有利于电磁波的进入，而且可以同时充分利用不同的耗散机制，从而获得更好的吸收性能。

技术领域

本发明属于电磁波吸收材料技术领域，具体涉及一种碳/氧化锰/钴纳米复合纤维及其制备方法与应用，复合材料由基体碳材料和均匀散步其中的钴和氧化锰颗粒组成，制备的复合材料具有良好的电磁特性，可用作电磁波吸收材料。

背景技术

这里的陈述仅提供与本发明相关的背景技术，而不必然地构成现有技术。

吸波材料的基本工作原理是将入射的电磁波中的电磁能转化为热能或其它形式的能量，以达到有效衰减电磁波的目的。根据传输线理论，吸波材料不仅需要较强的损耗能力，还需要较好的阻抗匹配以使电磁波尽可能地入射到材料内部并与材料充分接触。但较强的损耗和较优的匹配所需要的条件往往是相悖的。

最初研究的吸波材料是磁性金属(包括铁、钴、镍、铁氧体及相关复合材料)。这类材料具有很强的衰减特性，被广泛应用于电磁波吸收领域。然而，由于磁性金属普遍密度大、且耐腐蚀性差，难以适用于高温高压或强酸强碱的环境。而且，单一磁性材料组分对入射电磁波的损耗途径较少，难以满足新型吸波材料的要求。为了扩充吸波材料的适用范围，增加损耗途径，现有技术使用碳材料与磁性金属复合。碳材料因其比表面积大、密度低、电导率可调和化学稳定性良好等特点而被广泛应用于调节吸波材料的电磁参数。相较于单一碳材料或单一磁性组分，碳基复合材料表现出了更好的损耗能力和更大的有效吸收带宽，提高了整体材料的吸波性能。但是，发明人发现，碳材料与磁性金属复合之后会导致阻抗匹配很差，材料表面会不可避免地反射电磁波，从而不利于电磁波的有效吸收。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种碳/氧化锰/钴纳米复合纤维及其制备方法与应用。

为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：

第一方面，本发明提供一种碳/氧化锰/钴纳米复合纤维，包括碳纤维、附着于碳纤维表面的钴纳米颗粒和氧化锰纳米颗粒。

第二方面，本发明提供所述碳/氧化锰/钴纳米复合纤维的制备方法，包括如下步骤：

将钴源、锰源和碳源溶解在有机溶剂中，形成纺丝液，将纺丝液纺丝，制备前驱体，将前驱体经过干燥、预氧化和热处理，即得。

第三方面，本发明提供所述碳/氧化锰/钴纳米复合纤维在作为电磁波吸收材料中的应用，尤其在作为2-18GHz电磁波吸收材料中的应用。

上述本发明的一种或多种实施例取得的有益效果如下：

1、引入氧化锰纳米颗粒，氧化锰纳米颗粒具有低电导率和低介电常数，低电导率可以抑制涡流的产生，低介电常数使其便于调控电磁参数、优化阻抗匹配的优势；这两方面因素，使得氧化锰有利于电磁波的进入，而且可以同时充分利用不同的耗散机制，从而获得更好的吸收性能。

碳纤维的一维结构不仅具有更大的表面积，也有利于形成导电网络，从而在电磁波入射时产生微电流并增加电导损失。均匀嵌入的钴纳米颗粒和氧化锰纳米颗粒也为电磁波的多次散射提供了有利条件。此外，纳米颗粒和碳纤维之间的大量界面为电磁场下的界面极化损耗提供了大量位点，进一步增加了介电损耗。结合引入的磁损耗机制，碳/氧化锰/钴纳米复合纤维因此表现出优异的微波吸收性能。

2、碳/氧化锰/钴纳米复合纤维材料通过静电纺丝和氢气气氛下热处理的方式获得，制备过程中参数可控，工艺简单、成本低、适于工业化生产，制备复合材料效率高，材料利用率高。