本發(fā)明涉及電磁波吸收材料，具體涉及一種鈷基mof碳吸波材料的制備以及應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、從無線電廣播到手機(jī)通訊再到衛(wèi)星導(dǎo)航，電磁波的利用為人類的生活帶來了巨大的便利，但同時冗余電磁波導(dǎo)致的電磁輻射也對人們的生活環(huán)境和身體健康產(chǎn)生了巨大的危害。一方面高頻的電磁波會影響交通工具以及工廠機(jī)器的正常運作，另一方面，電磁輻射會攻擊人體的免疫系統(tǒng)和神經(jīng)系統(tǒng)，尤其是嬰幼兒和兒童，他們處在生長發(fā)育階段，細(xì)胞和組織都比較脆弱，低強(qiáng)度的電磁波就會誘導(dǎo)兒童白血病的發(fā)生，對身體造成嚴(yán)重的后果。在該背景下，能通過本身的吸波性能或構(gòu)建特殊結(jié)構(gòu)來吸收并耗散電磁波的微波吸收材料成為人們研究的一大方向。

2、傳統(tǒng)的吸波材料諸如金屬微粉、鐵氧體、過渡金屬氧化物及其硫化物和碳材料都展現(xiàn)出了優(yōu)良的吸波性能，但單一組分的材料往往做不到全面的性能體現(xiàn)，即使它們的磁損耗性能優(yōu)越，高密度大大限制了這些材料在實際生活和軍事監(jiān)測領(lǐng)域的應(yīng)用發(fā)展。而傳統(tǒng)的碳材料因其差的阻抗匹配和不佳的衰減常數(shù)，能夠高效吸收的電磁波段較為狹窄。目前優(yōu)良的吸波材料通常要有“薄、輕、寬、強(qiáng)”的性能表現(xiàn)，因此我們需要開發(fā)更有前途的復(fù)合材料。

3、金屬有機(jī)框架(mof)是一類新型的配位化合物，具有典型的周期性以及網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)中主要包含有機(jī)配體以及金屬節(jié)點，在實驗當(dāng)中控制合成過程中的配體比例以及溫度條件就可以改變它的結(jié)構(gòu)，這使得mof材料成為了備受歡迎的吸波材料前驅(qū)體。以金屬有機(jī)框架的高溫?zé)峤庵苽涑龅拇判晕ú牧显趯嶒炛斜憩F(xiàn)出良好的性能。因此本發(fā)明通過處理一種鈷基mof材料達(dá)到了有效的吸波性能。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述技術(shù)問題，本申請的目的在于提供一種鈷基mof碳吸波材料的制備以及應(yīng)用。

2、本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

3、一種鈷基mof碳吸波材料的制備方法，鈷鹽與檸檬酸通過水熱反應(yīng)得到金屬有機(jī)框架utsa-16，然后在惰性氣體保護(hù)下進(jìn)行高溫退火處理，即得到所述的鈷基mof碳吸波材料。

4、進(jìn)一步地，所述鈷鹽與檸檬酸的摩爾比是1:0.5-2，優(yōu)選為1:1。

5、所述的一種鈷基mof碳吸波材料的制備方法，具體包括以下步驟：

6、1)將鈷鹽溶于水中，形成溶液a；

7、2)將檸檬酸溶于乙醇-水溶劑中，同時加入強(qiáng)堿中和溶液的ph酸值，形成溶液b；

8、3)在攪拌下將溶液a逐滴緩慢加入溶液b中，所得混合液轉(zhuǎn)移至具有聚四氟乙烯內(nèi)襯的反應(yīng)釜中，并在聚四氟乙烯內(nèi)襯中設(shè)置隔板將其內(nèi)部空間均分為3-10個小空間，將反應(yīng)釜密閉并轉(zhuǎn)移至烘箱中，進(jìn)行水熱反應(yīng)；反應(yīng)結(jié)束后離心收集固體，洗滌、干燥，即得utsa-16晶體；

9、4)充分干燥的utsa-16晶體送入管式爐當(dāng)中，在惰性氣體保護(hù)下高溫退火處理，即得到所述的鈷基mof碳吸波材料。

10、進(jìn)一步地，步驟1)中，溶液a中鈷鹽濃度是0.1-1mmol/ml，優(yōu)選為0.4-0.5mmol/l。

11、進(jìn)一步地，步驟2)中，乙醇-水的體積比是0.5-2.5:1，強(qiáng)堿是koh，強(qiáng)堿與檸檬酸的摩爾比是2-4:1，優(yōu)選為3:1，溶液b中檸檬酸的濃度是0.1-1mmol/ml，優(yōu)選為0.25-0.4mmol/l。

12、進(jìn)一步地，步驟3)中，水熱反應(yīng)的溫度是100-130℃，優(yōu)選為110-120℃，水熱反應(yīng)的時間是24-60h，優(yōu)選為40-48h。

13、進(jìn)一步地，步驟4)中，惰性氣體是氮氣，高溫退火的操作是：以1℃/min-10℃/min的加熱速率升溫至600-800℃，再保溫2-3h，再以1℃/min-10℃/min的速率降溫至室溫。

14、進(jìn)一步地，加熱速率是4-5℃/min，保溫溫度是650-700℃，降溫速率是2-3℃/min。

15、本發(fā)明還提供了所述的一種鈷基mof碳吸波材料在微波吸收中的應(yīng)用。

16、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為：

17、1、本發(fā)明制備得到的co基mof碳衍生吸波材料具有優(yōu)異的電磁波吸收性能。經(jīng)過微觀分析和理論推測，該材料的吸波機(jī)制以介電損耗為主，在退火過程中，生成金屬納米顆粒復(fù)合碳基材料的多重界面和孔道誘發(fā)了界面弛豫效應(yīng)，在外加電場作用下，該材料的界面弛豫是電磁波吸收的一大機(jī)制。

18、2、本發(fā)明制備得到的co基mof碳衍生吸波材料在退火后形成的微觀金屬co顆粒、石墨碳和無定形碳之間形成了豐富的異質(zhì)界面和表面缺陷，進(jìn)一步強(qiáng)化了偶極極化，為介電損耗做出極大貢獻(xiàn)。

19、3、本發(fā)明制備得到的co基mof碳衍生吸波材料在退火后形成碳骨架以及暴露的co金屬提供了較大的電導(dǎo)損耗，且材料較輕，在室溫下的密度為0.1356mg·mmol-1。綜上該材料在在退火溫度為700℃，匹配厚度為4mm的條件下，最小rl值達(dá)到了-30.2db。

20、4、本發(fā)明采用的utsa-16前驅(qū)體以廉價低毒性的水和乙醇為溶劑制備，制備過程綠色環(huán)保，且在本次實驗中使用“十”字聚四氟乙烯板穿插聚四氟乙烯內(nèi)膽中，增加了晶核的生成位點，對產(chǎn)率提升有著巨大幫助。以此類推，通過增大反應(yīng)釜的表面積，極有前景應(yīng)用于工業(yè)化大量合成。

技術(shù)特征：

1.一種鈷基mof碳吸波材料的制備方法，其特征在于鈷鹽與檸檬酸通過水熱反應(yīng)得到金屬有機(jī)框架utsa-16，然后在惰性氣體保護(hù)下進(jìn)行高溫退火處理，即得到所述的鈷基mof碳吸波材料。

2.如權(quán)利要求1所述的一種鈷基mof碳吸波材料的制備方法，其特征在于所述鈷鹽與檸檬酸的摩爾比是1:0.5-2，優(yōu)選為1:1。

3.如權(quán)利要求1所述的一種鈷基mof碳吸波材料的制備方法，其特征在于具體包括以下步驟：

4.如權(quán)利要求3所述的一種鈷基mof碳吸波材料的制備方法，其特征在于步驟1）中，溶液a中鈷鹽濃度是0.1-1mmol/ml，優(yōu)選為0.4-0.5mmol/l。

5.如權(quán)利要求3所述的一種鈷基mof碳吸波材料的制備方法，其特征在于步驟2）中，乙醇-水的體積比是0.5-2.5:1，強(qiáng)堿是koh，強(qiáng)堿與檸檬酸的摩爾比是2-4:1，優(yōu)選為3:1，溶液b中檸檬酸的濃度是0.1-1?mmol/ml，優(yōu)選為0.25-0.4?mmol/l。

6.如權(quán)利要求3所述的一種鈷基mof碳吸波材料的制備方法，其特征在于步驟3）中，水熱反應(yīng)的溫度是100-130℃，優(yōu)選為110-120℃，水熱反應(yīng)的時間是24-60?h，優(yōu)選為40-48h。

7.如權(quán)利要求3所述的一種鈷基mof碳吸波材料的制備方法，其特征在于步驟4）中，惰性氣體是氮氣，高溫退火的操作是：以1℃/min-10℃/min的加熱速率升溫至600-800℃，再保溫2-3?h，再以1℃/min-10℃/min的速率降溫至室溫。

8.如權(quán)利要求7所述的一種鈷基mof碳吸波材料的制備方法，其特征在于加熱速率是4-5?℃/min，保溫溫度是650-700?℃，降溫速率是2-3?℃/min。

9.如權(quán)利要求1-8任一所述方法制備的一種鈷基mof碳吸波材料。

10.如權(quán)利要求9所述的一種鈷基mof碳吸波材料在微波吸收中的應(yīng)用。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種鈷基MOF碳吸波材料的制備以及應(yīng)用，所述鈷基MOF碳吸波材料的制備方法是，將鈷鹽與檸檬酸通過水熱反應(yīng)得到金屬有機(jī)框架UTSA?16，然后以不同的退火溫度制備了一類鈷基MOF碳吸波材料。本發(fā)明在退火溫度為700℃，匹配厚度為4?mm的條件下，所述鈷基MOF碳吸波材料的最小RL值達(dá)到了?30.2?dB。本發(fā)明具體探究了金屬有機(jī)框架UTSA?16（Co）作為吸波材料前驅(qū)體的吸波性能，該材料的制備工藝簡單，成本低廉，在電磁波吸收和雷達(dá)隱身方面有一定的應(yīng)用前景。

技術(shù)研發(fā)人員：戴天悅,胡軍,李祖光,梁初,溫慧敏,黃志涵,毛松元
受保護(hù)的技術(shù)使用者：浙江工業(yè)大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/10/10