[发明专利]一种3D导通网络结构导热吸波圆盘材料及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种3D导通网络结构的导热吸波圆盘材料及其制备方法与应用，属于导热吸波技术领域。所述导热吸波圆盘材料为碳纤维和磁性纳米粒子(FeO，Fe₃O₄)的复合物，采用离子交联冷冻干燥‑煅烧工艺制备；不仅结构和形成机理新颖，还可以通过改变煅烧温度、交联剂质量分数制备出磁性材料物相、织构和组成不同的圆盘状结构。本发明公开的制备方法操作简单且产品形貌新颖，导热、吸波/屏蔽性能优异，克服了以往制备过程中反应条件苛刻，反应产物织构和组成难以调控，实验重复性差等特点，具有良好的工业化应用潜力。

技术领域

本发明属于导热吸波技术领域，涉及一种3D导通网络结构的导热吸波圆盘材料的制备方法与其在微波吸收与屏蔽、热管理、传感器、超级电容器、光催化或锂离子电池等领域中的应用。

背景技术

导热-吸波一体化材料既能传导热又能有效吸收、衰减入射的电磁波能量，在武器隐身、人体和电子产品防护等领域发挥着巨大的作用。目前主要单独研究和使用导热材料与吸波材料，有关导热-吸波一体化材料的研究起步晚，更多研究聚焦于陶瓷材料，而有关聚合物基导热吸波一体化材料的研究较少且性能较差。常用的导热-吸波填料有导热绝缘型和导热导电型。前者主要为金属氧化物(MgO、Al₂O₃、SiO₂、BeO)、碳化物(SiC)及氮化物(AlN、BN、Si₃N₄)，属于透波材料，无法满足电磁波吸收的要求；后者以金属粉末(Al、Ag、Cu、Au、Ni)，炭基材料(石墨、碳纤维、碳纳米管、石墨烯)为主，属反射型屏蔽材料，吸收低且耐电压能力差。其导热性能取决于导热填充材料的种类、填充量、尺寸和形状。目前，有关“3D导通网络结构的导热吸波圆盘材料的制备及其导热、吸波/屏蔽性能的研究鲜见报道。

圆盘状/碗状微纳米材料具有生物相容性和温和的交联性，且接触面积大，离子传输距离短，在药物释放、蛋白质、抗体和细胞包埋、新型光学材料和电化学材料等领域有广泛的应用前景，作为导热、吸波/屏蔽材料尚未见报道。目前胡远渡采用微流控单乳液和双乳液技术，以含不同甘油浓度的Ba(Ac)₂水溶液为交联剂，通过改变交联剂中甘油的浓度和收集管末端和收集液面之间的距离来调控海藻酸钠基微凝胶颗粒的形貌，合成了半球形、蘑菇状、扁平的飞碟状等形貌的海藻酸钠基微凝胶。此方法准备工作较多，且操作过程较为复杂。

中国专利文献(CN112961649A)公开了一种空心碗状N@Co@C材料的制备和应用，以空心碗状磺化聚苯乙烯微球和2-甲基咪唑为原料，以无水乙醇为反应溶剂，反应获得前驱体后煅烧得复合材料。此法使用的部分原料对人体和环境有一定的危害，不符合绿色环保的要求。中国专利文献(CN111908514A)提供了一种碗状C掺杂磁性中空介孔纳米材料的制备方法及产品，以丙烯酰胺和苯乙烯为原料制备碗状聚苯乙烯/丙烯酸内核，包裹铁离子，调节pH、分离、洗涤、冷冻干燥后经煅烧碳化。此方法制备的碗状碳纳米颗粒虽然可回收，经济环保，但是制备过程耗时较长，制备过程较为复杂，不利于工业化。以上所述的碗状微纳米材料制备方法较为复杂，且组分较为单一，不能同时兼顾导热、吸波/屏蔽性能。

近年来，随着5G移动技术的应用，电磁波频率变高、电子设备元件向小型化、集成化发展，同时突破电磁干扰和散热问题迫在眉睫。选取导热材料和吸波材料相复合以同时达到导热-吸波效果是一种有效的解决方法，但现有的导热吸波圆盘材料组成、织构和结构较难调控，制备过程较为复杂，且不能同时兼顾较好的吸波和导热性能。

因此，如何开发一种工艺简便、易于工业化且形貌尺寸可控的性能优异的3D导通网络结构的导热吸波圆盘材料是本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容