本發(fā)明屬于微波吸收材料，具體設計一種芯鞘結構feni@(co/cn)@碳纖維復合吸波材料的制備方法和應用。

背景技術：

1、碳纖維由于其獨特的輕質(zhì)和高強度特點被廣泛用于軍事領域，碳纖維的高介電常數(shù)及單一的介電損耗機制通常導致阻抗不匹配?，F(xiàn)有技術通常在碳纖維內(nèi)部或者外部引入其他組分來優(yōu)化阻抗匹配。

2、金屬有機骨架（mofs）具有輕質(zhì)、豐富的拓撲結構、高比表面積、可調(diào)的孔結構、良好的兼容性及易功能化等優(yōu)勢，將其作為前驅(qū)體經(jīng)過高溫碳化后獲得的mofs衍生物均勻分散在碳纖維中，用于調(diào)節(jié)碳纖維的阻抗不匹配問題，已經(jīng)獲得了廣泛研究。但單一的組分和有限的異質(zhì)界面不能實現(xiàn)靈活的調(diào)控，難以獲得有效的電磁波衰減，且磁損耗不足導致有效吸收帶寬較窄。

技術實現(xiàn)思路

1、有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種芯鞘結構feni@(co/cn)@碳纖維復合吸波材料的制備方法。該制備方法通過多種損耗機制的有效結合，尤其是該芯鞘結構feni@(co/cn)@碳纖維復合吸波材料的芯鞘結構設計及多異質(zhì)界面和多組分的優(yōu)勢，獲得良好的阻抗匹配，實現(xiàn)2-18?ghz頻率范圍內(nèi)的薄、輕、寬、強的吸波性能，是新型輕質(zhì)高效微波吸收材料的理想選擇。

2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了以下技術方案：一種芯鞘結構feni@(co/cn)@碳纖維復合吸波材料的制備方法，包括如下步驟：

3、步驟s1、將聚丙烯腈溶于有機溶劑中，混合攪拌至澄清，得到混合液；取部分混合液作為混合液1，與粒徑10-100?nm的zif-67前驅(qū)體粉末混合均勻，作為外相溶液；取部分混合液作為混合液2，加入fe粉及ni粉，其中fe粉和ni粉的摩爾比為(1-3):(3-1)，混合均勻作為內(nèi)相溶液；

4、步驟s2、用兩支注射器分別吸取內(nèi)相溶液和外相溶液，注射劑與不銹鋼針頭連接，利用同軸靜電紡絲工藝制備得到feni@zif-67@聚丙烯腈同軸纖維；

5、步驟s3、將feni@zif-67@聚丙烯腈同軸纖維置于管式爐中，在5%?(v/v)的h2/ar混合氣氛中、600-900?℃溫度下煅燒1-5?h，得到芯鞘結構feni@(co/cn)@碳纖維復合吸波材料，該復合吸波材料結構上包括碳纖維及負載在碳纖維中的feni@(co/cn)，所述feni@(co/cn)結構上包括feni合金芯層及包覆在芯層表面的co/cn保護鞘，所述co/cn保護鞘為co負載的n摻雜多孔碳。

6、作為芯鞘結構feni@(co/cn)@碳纖維復合吸波材料的制備方法進一步的改進：

7、優(yōu)選的，粒徑10-100?nm的zif-67前驅(qū)體粉末通過以下方法制得：將金屬鈷鹽超聲溶解于n,n-二甲基甲酰胺中，得到溶液a；將有機配體2-甲基咪唑超聲溶解于n,n-二甲基甲酰胺中，得到溶液b；將溶液a和溶液b快速混合并攪拌，反應后的混合物離心分離，分離出的固體物經(jīng)過洗滌和干燥，制得粒徑10-100?nm的zif-67前驅(qū)體粉末。

8、優(yōu)選的，溶液a中金屬鈷鹽的摩爾濃度為0.05-0.5?mol/l，溶液b中2-甲基咪唑的摩爾濃度為0.5-1?mol/l，溶液a和溶液b混合時，金屬鈷鹽和2-甲基咪唑的摩爾比為1:8。

9、優(yōu)選的，所述金屬鈷鹽為六水硝酸鈷。

10、優(yōu)選的，溶液a和溶液b混合攪拌的方式為磁力攪拌，攪拌的轉(zhuǎn)速為500-1000?rpm，攪拌時間為1-3?h；反應后的混合物離心分離的轉(zhuǎn)速為8000-11000?rpm，離心時間為10-30min；分離出的固體物經(jīng)過洗滌后在55-60℃溫度下干燥20-24?h。

11、優(yōu)選的，步驟s1中的有機溶劑為dmf，混合液中聚丙烯腈的濃度為0.08-0.15?g/ml。

12、優(yōu)選的，在步驟s1的外相溶液中，混合液1中的聚丙烯腈與zif-67前驅(qū)體粉末的質(zhì)量比為(1-4):1；在步驟s1的內(nèi)相溶液中，混合液2中的聚丙烯腈與fe粉及ni粉總質(zhì)量的比為(1-4):1。

13、優(yōu)選的，步驟s2中，所述同軸靜電紡絲工藝的參數(shù)如下：接收距離為10-30?cm，推進速率為0.05-0.2?mm/min，電壓為10-20?kv，往復平移距離為80-120?mm，往復平移速率為400-600?mm/min，滾筒轉(zhuǎn)速為100-200rpm。

14、優(yōu)選的，步驟s3中，管式爐以1-5?℃/min的速率升溫至煅燒溫度。

15、優(yōu)選的，本發(fā)明的目的之二是提供一種上述任意一項所述芯鞘結構feni@(co/cn)@碳纖維復合吸波材料的制備方法制得的芯鞘結構feni@(co/cn)@碳纖維復合吸波材料在電磁波吸收領域中的應用。

16、本發(fā)明相比現(xiàn)有技術的有益效果在于：

17、1）本發(fā)明提供一種feni@(co/cn)@碳纖維復合吸波材料的制備方法，采用同軸靜電紡絲工藝，同軸靜電紡絲工藝能夠使feni和co/cn在碳纖維內(nèi)形成芯鞘結構，芯鞘結構的設計可以有效地減輕重量，在薄厚度下獲得優(yōu)異的吸波性能。

18、2）本發(fā)明制得的feni@(co/cn)@碳纖維復合吸波材料，該復合吸波材料結構上包括碳纖維及負載在碳纖維中的feni@(co/cn)，其中feni@(co/cn)結構上包括feni芯層（feni合金）及包覆在芯層表面的co/cn保護鞘（zif-67碳化之后的產(chǎn)物，即co/cn復合物，形貌為菱形十二面體）。其中多異質(zhì)界面的存在有利于增強界面極化，促進電磁波在材料內(nèi)部的耗散和衰減，獲得令人滿意的微波吸收性能：表現(xiàn)出令人印象深刻的-61.84?db反射損耗（rl），厚度為3.07mm；此外，當厚度達到2.37?mm時，有效吸收帶寬擴展到6.24?ghz能應用于電磁波吸收領域。

19、3）本發(fā)明制得的feni@(co/cn)@碳纖維復合吸波材料，其電磁波吸收性能主要源自碳纖維本身的介電損耗及負載在碳纖維上的feni和co/cn帶來的磁損耗，通過控制各組分含量和比例，靈活地調(diào)控吸波性能，讓材料的阻抗匹配達到平衡，提升電磁波衰減能力。

技術特征：

1.一種芯鞘結構feni@(co/cn)@碳纖維復合吸波材料的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：

2.根據(jù)權利要求1所述的一種芯鞘結構feni@(co/cn)@碳纖維復合吸波材料的制備方法，其特征在于，粒徑10-100?nm的zif-67前驅(qū)體粉末通過以下方法制得：將金屬鈷鹽超聲溶解于n,n-二甲基甲酰胺中，得到溶液a；將有機配體2-甲基咪唑超聲溶解于n,n-二甲基甲酰胺中，得到溶液b；將溶液a和溶液b快速混合并攪拌，反應后的混合物離心分離，分離出的固體物經(jīng)過洗滌和干燥，制得粒徑10-100?nm的zif-67前驅(qū)體粉末。

3.根據(jù)權利要求2所述的一種芯鞘結構feni@(co/cn)@碳纖維復合吸波材料的制備方法，其特征在于，溶液a中金屬鈷鹽的摩爾濃度為0.05-0.5?mol/l，溶液b中2-甲基咪唑的摩爾濃度為0.5-1?mol/l，溶液a和溶液b混合時，金屬鈷鹽和2-甲基咪唑的摩爾比為1:8。

4.根據(jù)權利要求2或3所述的一種芯鞘結構feni@(co/cn)@碳纖維復合吸波材料的制備方法，其特征在于，所述金屬鈷鹽為六水硝酸鈷。

5.根據(jù)權利要求2所述的一種芯鞘結構feni@(co/cn)@碳纖維復合吸波材料的制備方法，其特征在于，溶液a和溶液b混合攪拌的方式為磁力攪拌，攪拌的轉(zhuǎn)速為500-1000?rpm，攪拌時間為1-3?h；反應后的混合物離心分離的轉(zhuǎn)速為8000-11000?rpm，離心時間為10-30min；分離出的固體物經(jīng)過洗滌后在55-60?℃溫度下干燥20-24?h。

6.根據(jù)權利要求1所述的一種芯鞘結構feni@(co/cn)@碳纖維復合吸波材料的制備方法，其特征在于，步驟s1中的有機溶劑為dmf，混合液中聚丙烯腈的濃度為0.08-0.15?g/ml。

7.根據(jù)權利要求1所述的一種芯鞘結構feni@(co/cn)@碳纖維復合吸波材料的制備方法，其特征在于，在步驟s1的外相溶液中，混合液1中的聚丙烯腈與zif-67前驅(qū)體粉末的質(zhì)量比為(1-4):1；在步驟s1的內(nèi)相溶液中，混合液2中的聚丙烯腈與fe粉及ni粉總質(zhì)量的比為(1-4):1。

8.根據(jù)權利要求1所述的一種芯鞘結構feni@(co/cn)@碳纖維復合吸波材料的制備方法，其特征在于，步驟s2中，所述同軸靜電紡絲工藝的參數(shù)如下：接收距離為10-30?cm，推進速率為0.05-0.2?mm/min，電壓為10-20?kv，往復平移距離為80-120?mm，往復平移速率為400-600?mm/min，滾筒轉(zhuǎn)速為100-200?rpm。

9.根據(jù)權利要求1所述的一種芯鞘結構feni@(co/cn)@碳纖維復合吸波材料的制備方法，其特征在于，步驟s3中，管式爐以1-5?℃/min的速率升溫至煅燒溫度。

10.一種權利要求1-9任意一項所述的芯鞘結構feni@(co/cn)@碳纖維復合吸波材料的制備方法制得的芯鞘結構feni@(co/cn)@碳纖維復合吸波材料在電磁波吸收領域中的應用。

技術總結
本發(fā)明屬于微波吸收材料技術領域，具體涉及一種芯鞘結構FeNi@(Co/CN)@碳纖維復合吸波材料的制備方法和應用。本發(fā)明復合吸波材料的制備方法包括：制備ZIF?67前驅(qū)體粉末，將含聚丙烯腈的混合液與ZIF?67混合作為外相溶液，將含聚丙烯腈的混合液和Fe粉、Ni粉混合作為內(nèi)相溶液；采用同軸靜電紡絲工藝制造同軸纖維，再置于還原性氣氛下碳化獲得芯鞘結構FeNi@(Co/CN)@碳纖維。制得的復合吸波材料基于芯鞘結構設計及多異質(zhì)界面和多組分的優(yōu)勢，實現(xiàn)靈活的微波吸收性能調(diào)控，在低厚度下具有寬波段范圍內(nèi)的高吸收性能，解決了現(xiàn)有吸波材料存在的電磁波衰減、磁損耗不足且有效吸收帶寬較窄的問題，具有廣泛的應用前景。

技術研發(fā)人員：陳林,郭宜銘,李瀟瀟,田興友,張獻,王化,宮藝
受保護的技術使用者：中國科學院合肥物質(zhì)科學研究院
技術研發(fā)日：
技術公布日：2024/9/29