一種吸波材料的制備方法及其應用的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及吸波材料【技術領域】，一種吸波材料的制備方法，包括以下步驟：步驟1、將有機碳源、金屬鹽溶于有機溶劑中，攪拌形成溶液；步驟2，將聚氨酯泡沫浸漬到由步驟1制得的溶液中取出，使用濾紙反復擠壓，再將擠壓后帶有溶液的聚氨酯泡沫置于空氣中干燥；步驟3，將步驟2得到干燥好的聚氨酯泡沫在空氣氣氛下進行升溫氧化固化處理后，冷卻至室溫；步驟4，在惰性氣氛保護下，將步驟3得到的已氧化固化的聚氨酯泡沫進行升溫炭化處理后，冷卻至室溫，即可制得所需目標材料；本發(fā)明采用的制備工藝操作簡單、碳收率高、反應時間短、材料成本低，可以直接用于微波吸收，無需進行二次加工處理，產(chǎn)品具有密度小、吸波頻帶寬、吸收強度高及耐高溫等優(yōu)點。
【專利說明】一種吸波材料的制備方法及其應用

【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種吸波材料的制備方法，屬于吸波材料【技術領域】。

【背景技術】
[0002]隨著科技的進步，電子技術、信息技術、軍事技術和裝備技術等跨越式迅猛發(fā)展，電磁波技術不斷取得突破進步，為人類社會發(fā)展帶來了巨大的福音，在探測、定位、通信等領域發(fā)揮著不可替代的作用。然而，隨著電磁波應用領域的不斷擴增，其負面干擾產(chǎn)生的危害也慢慢引起人們的重視。惡化的電磁環(huán)境會產(chǎn)生電磁干擾，影響通信、電子等系統(tǒng)，還會對人們的身體健康帶來威脅。另外，在軍事領域，隱身技術的好壞也會關乎到戰(zhàn)爭的勝負，是提高武器生存、突擊能力不可缺少的手段。因此，探索高效吸波材料已經(jīng)成為當今國際上迫切需要解決的問題。
[0003]吸波材料按照成型工藝和承載能力可分為涂覆型和結構型吸波材料。涂覆型吸波材料，也叫吸波涂層，一般由吸波劑和黏合劑組成，其中具有特定電磁參數(shù)的吸波劑是涂料的關鍵所在，直接決定了吸波涂料的吸波性能，而黏合劑是涂料的成膜物質，可以使涂層牢固附著于被涂物體表面形成連續(xù)膜，這種黏合劑必須具有良好的透波性能，才能使涂層吸收效率最大化。吸波涂料的主要特點是對裝備改動比較小，特別適用于現(xiàn)有武器裝備的隱身要求，并且施工簡便，對目標外形適用性強，對武器系統(tǒng)的機動火力性能影響小。盡管近年來已經(jīng)取得相當進展，但其依然存在諸如頻段窄、黏結性差、易脫落及密度大等問題。與涂覆型吸波材料相比，結構型吸波材料兼具吸波和承載雙重功能，具有吸波性能好、質量輕、工藝簡單等優(yōu)點，通過調節(jié)尺寸可吸收不同頻段的電磁波，是吸波材料制備的一個發(fā)展趨勢。其結構形式有層板結構、夾層結構、電路模擬結構、角錐狀和波紋狀等。如CN103779667 A公開了一種在娃襯底上制作吸波材料的方法:在娃襯底上沉積一層金屬膜，然后采用ICPECVD沉積含硅層，旋涂電子束光刻膠并曝光，形成周期結構的光刻膠圖像，在沉積一層金屬膜進行剝離，最終形成金屬膜/含硅介質層/具周期結構的金屬膜的吸波材料。但是上述操作工藝較復雜、成本較高，有待進一步開發(fā)廉價、簡單的制備工藝。炭素材料因其獨特的物理化學性能同樣在吸波領域得到廣泛的應用，其中，碳包納米金屬材料是一類研究較為廣泛的材料，但是其密度大，頻段窄，壽命短等缺點限制了其進一步應用。


【發(fā)明內容】

[0004]為了克服現(xiàn)有技術中存在的不足，本發(fā)明目的是提供一種吸波材料的制備方法及其應用。該制備方法工藝簡單、成本低廉、吸收頻率可調控，制備所得的吸波材料無需進行二次加工、便可直接使用。
[0005]為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，解決現(xiàn)有技術中所存在的問題，本發(fā)明采取的技術方案是:一種吸波材料的制備方法，包括以下步驟:
[0006]步驟1、將有機碳源、金屬鹽溶于有機溶劑中，攪拌l_30min形成溶液，所述有機碳源與有機溶劑質量比為1.0:2.0-5.0，所述金屬鹽與有機碳源質量比為0-20:100 ；
[0007]步驟2，將聚氨酯泡沫浸潰到由步驟I制得的溶液中取出，使用濾紙反復擠壓，再將擠壓后帶有溶液的聚氨酯泡沫置于空氣中干燥，時間控制在10-120min ；
[0008]步驟3，將步驟2得到干燥好的聚氨酯泡沫在空氣氣氛下進行升溫氧化固化處理，溫度從室溫以0.5-20C /min升溫速率升至250_350°C，恒溫0_120min，冷卻至室溫，另外，氧化固化處理過程中，需在聚氨酯泡沫兩側加入耐高溫、低密度薄板進行固定，用于防止聚氨酷泡沫彎曲；
[0009]步驟4，在惰性氣氛保護下，將步驟3得到的已氧化固化的聚氨酯泡沫進行升溫炭化處理，溫度從室溫以1_20°C /min升溫速率升至600-1000°C，恒溫0_120min，冷卻至室溫，即可制得所需目標材料；
[0010]所述有機碳源選自煤基、石油基浙青類物質、酚醛樹脂或糠醛樹脂中的一種；
[0011]所述金屬鹽選自鐵、鈷、鎳可溶性的硝酸鹽、醋酸鹽或碳酸鹽中的一種或兩種混合金屬鹽；
[0012]所述有機溶劑選自四氫呋喃、甲苯或環(huán)己烷中的一種或兩種混合溶劑；
[0013]所述惰性氣氛選自氮氣、氬氣或氦氣中的一種；
[0014]所述聚氨酯泡沫厚度為l_500mm。
[0015]所述一種吸波材料在微波吸收領域中的應用。
[0016]本發(fā)明有益效果是:一種吸波材料的制備方法，包括以下步驟:步驟1、將有機碳源、金屬鹽溶于有機溶劑中，攪拌l_30min形成溶液，所述有機碳源與有機溶劑質量比為1.0:2.0-5.0，所述金屬鹽與有機碳源質量比為0-20:100 ;步驟2，將聚氨酯泡沫浸潰到由步驟I制得的溶液中取出，使用濾紙反復擠壓，再將擠壓后帶有溶液的聚氨酯泡沫置于空氣中干燥，時間控制在10-120min ;步驟3，將步驟2得到干燥好的聚氨酯泡沫在空氣氣氛下進行升溫氧化固化處理，溫度從室溫以0.5-20C /min升溫速率升至250_350°C，恒溫0-120min，冷卻至室溫，另外，氧化固化處理過程中，需在聚氨酯泡沫兩側加入耐高溫、低密度薄板進行固定，用于防止聚氨酯泡沫彎曲；步驟4，在惰性氣氛保護下，將步驟3得到的已氧化固化的聚氨酯泡沫進行升溫炭化處理，溫度從室溫以1-20°C /min升溫速率升至600-1000°C，恒溫0-120min，冷卻至室溫，即可制得所需目標材料；與已有技術相比，本發(fā)明制備得到的吸波材料整體性優(yōu)異，密度約為0.06g/cm3,厚度可控性高，在不加入任何磁性金屬材料的情況下，吸收衰減可達_9dB，加入金屬鹽引入金屬納米顆粒后，吸收損耗可提高至-30dB，吸收損耗超過-1OdB (微波吸收超過90% )的帶寬可以達到1GHz。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1為使用掃描電子顯微鏡拍攝的實施例3所合成的吸波材料的照片圖。
[0018]圖2為使用掃描電子顯微鏡拍攝的實施例5所合成的吸波材料的照片圖。
[0019]圖3為使用掃描電子顯微鏡拍攝的實施例9所合成的吸波材料的照片圖。
[0020]圖4為使用矢量網(wǎng)絡分析儀測試的實施例7所合成的吸波材料的吸波損耗曲線圖。
[0021]圖5為使用矢量網(wǎng)絡分析儀測試的實施例10所合成的吸波材料的吸波損耗曲線圖。
[0022]圖6為使用矢量網(wǎng)絡分析儀測試的實施例11所合成的吸波材料的吸波損耗曲線圖。

【具體實施方式】
[0023]下面結合實施例對本發(fā)明作進一步說明。
[0024]實施例1
[0025]分別稱取10g中溫煤浙青和300g四氫呋喃置于燒杯中，攪拌1min ；將30cmX 15cmX 1cm聚氨酯泡沫浸潰于溶液后取出，使用濾紙反復擠壓,再將擠壓后帶有溶液的聚氨酯泡沫置于空氣中干燥15min ;將干燥好的聚氨酯泡沫置于馬弗爐中進行氧化固化處理，溫度從室溫以1°C /min升溫速率升至300°C，恒溫60min，自然冷卻至室溫；另外，氧化固化處理過程中，需在聚氨酯泡沫兩側加入耐高溫、低密度薄板進行固定，用于防止聚氨酯泡沫彎曲；再將氧化固化后的聚氨酯泡沫，切成15cmX22cm置于馬弗爐中進行升溫炭化處理，在氮氣保護下，溫度從室溫以5°C /min升溫速率升至900°C，恒溫60min，自然冷卻至室溫，即可得到所需目標材料。
[0026]實施例2
[0027]分別稱取50g煤液化殘渣四氫呋喃可溶物和150g四氫呋喃置于燒杯中，攪拌5min ;將30cmX15cmXl.0cm聚氨酯泡沫浸潰于溶液后取出，使用濾紙反復擠壓，再將擠壓后帶有溶液的聚氨酯泡沫置于空氣中干燥20min ;將干燥好的聚氨酯泡沫置于馬弗爐中進行氧化固化處理，溫度從室溫以0.5°C/min升溫速率升至350°C，恒溫lOmin，自然冷卻至室溫；另外，氧化固化處理過程中，需在聚氨酯泡沫兩側加入耐高溫、低密度薄板進行固定，用于防止聚氨酯泡沫彎曲；再將氧化固化后的聚氨酯泡沫，切成15cmX22cm置于馬弗爐中進行升溫炭化處理，在氮氣保護下，溫度從室溫以5°C /min升溫速率升至60(TC，恒溫60min，自然冷卻至室溫，即可得到所需目標材料。
[0028]實施例3
[0029]分別稱取10g石油浙青、5g醋酸鐵和300g四氫呋喃置于燒杯中，攪拌15min ;將30cmX 15cmX 0.8cm聚氨酯泡沫浸潰于溶液后取出，使用濾紙反復擠壓,再將擠壓后帶有溶液的聚氨酯泡沫置于空氣中干燥25min ;將干燥好的聚氨酯泡沫置于馬弗爐中進行氧化固化處理，溫度從室溫以1.(TC /min升溫速率升至300°C，恒溫lOmin，自然冷卻至室溫；另夕卜，氧化固化處理過程中，需在聚氨酯泡沫兩側加入耐高溫、低密度薄板進行固定，用于防止聚氨酯泡沫彎曲；再將氧化固化后的聚氨酯泡沫，切成15cmX22cm置于馬弗爐中進行升溫炭化處理，在氮氣保護下，溫度從室溫以5°C /min升溫速率升至80(TC，恒溫30min，自然冷卻至室溫，即可得到所需目標材料。將產(chǎn)物與CFRC(碳纖維增強復合材料)和GFRC(玻璃纖維增強復合材料)組合成“三明治”結構復合物。
[0030]實施例4
[0031]分別稱取10g石油浙青、1g硝酸鈷和300g甲苯置于燒杯中，攪拌30min ;將30cmX 15cmX 1.5cm聚氨酯泡沫浸潰于溶液后取出，使用濾紙反復擠壓，再將擠壓后帶有溶液的聚氨酯泡沫置于空氣中干燥40min ;將干燥好的聚氨酯泡沫置于馬弗爐中進行氧化固化處理，溫度從室溫以2.(TC /min升溫速率升至300°C，恒溫60min，自然冷卻至室溫；另夕卜，氧化固化處理過程中，需在聚氨酯泡沫兩側加入耐高溫、低密度薄板進行固定，用于防止聚氨酯泡沫彎曲；再將氧化固化后的聚氨酯泡沫，切成15cmX22cm置于馬弗爐中進行升溫炭化處理，在氬氣保護下，溫度從室溫以10°c /min升溫速率升至1000°C，恒溫60min，自然冷卻至室溫，即可得到所需目標材料。
[0032]實施例5
[0033]分別稱取75g煤液化殘渣四氫呋喃可溶物和150g四氫呋喃置于燒杯中，攪拌Imin ;將30cmX 1cmX 30.0cm聚氨酯泡沫浸潰于溶液后取出，使用濾紙反復擠壓，再將擠壓后帶有溶液的聚氨酯泡沫置于空氣中干燥50min ;將干燥好的聚氨酯泡沫置于馬弗爐中進行氧化固化處理，溫度從室溫以0.50C /min升溫速率升至350°C，恒溫lOmin，自然冷卻至室溫；另外，氧化固化處理過程中，需在聚氨酯泡沫兩側加入耐高溫、低密度薄板進行固定，用于防止聚氨酯泡沫彎曲；再將氧化固化后的聚氨酯泡沫，切成15cmX22cm置于馬弗爐中進行升溫炭化處理，在氮氣保護下，溫度從室溫以20°C /min升溫速率升至900°C，恒溫120min,自然冷卻至室溫，即可得到所需目標材料。將目標材料與CFRC(碳纖維增強復合材料)組合成雙層復合材料。
[0034]實施例6
[0035]分別稱取10g酚醛樹脂和200g環(huán)己烷置于燒杯中，攪拌1min ；將30cmX 15cmX 0.5cm聚氨酯泡沫浸潰于溶液后取出，使用濾紙反復擠壓,再將擠壓后帶有溶液的聚氨酯泡沫置于空氣中干燥40min ;將干燥好的聚氨酯泡沫置于馬弗爐中進行氧化固化處理，溫度從室溫以1.(TC /min升溫速率升至250°C，恒溫60min，自然冷卻至室溫?’另夕卜，氧化固化處理過程中，需在聚氨酯泡沫兩側加入耐高溫、低密度薄板進行固定，用于防止聚氨酯泡沫彎曲；再將氧化固化后的聚氨酯泡沫，切成15cmX22cm置于馬弗爐中進行升溫炭化處理，在氦氣保護下，溫度從室溫以5.(TC /min升溫速率升至70(TC，恒溫60min，自然冷卻至室溫，即可得到所需目標材料。
[0036]實施例7
[0037]分別稱取10g糠醛樹脂、200g環(huán)己烷和200g甲苯置于燒杯中，攪拌20min ;將30cmX 15cmX0.1cm聚氨酯泡沫浸潰于溶液后取出，使用濾紙反復擠壓,再將擠壓后帶有溶液的聚氨酯泡沫置于空氣中干燥70min ;將干燥好的聚氨酯泡沫置于馬弗爐中進行氧化固化處理，溫度從室溫以1.(TC /min升溫速率升至250°C，恒溫120min，自然冷卻至室溫?’另夕卜，氧化固化處理過程中，需在聚氨酯泡沫兩側加入耐高溫、低密度薄板進行固定，用于防止聚氨酯泡沫彎曲；再將氧化固化后的聚氨酯泡沫，切成15cmX22cm置于馬弗爐中進行升溫炭化處理，在氮氣保護下，溫度從室溫以5.(TC /min升溫速率升至750°C，恒溫60min，自然冷卻至室溫，即可得到所需目標材料。
[0038]實施例8
[0039]分別稱取10g石油浙青、5g碳酸鎳、1g碳酸鐵和500g四氫呋喃置于燒杯中，攪拌20min ;將30cmX 15cmX 5cm聚氨酯泡沫浸潰于溶液后取出，使用濾紙反復擠壓，再將擠壓后帶有溶液的聚氨酯泡沫置于空氣中干燥90min ;將干燥好的聚氨酯泡沫置于馬弗爐中進行氧化固化處理，溫度從室溫以0.50C /min升溫速率升至350°C，恒溫lOmin，自然冷卻至室溫；另外，氧化固化處理過程中，需在聚氨酯泡沫兩側加入耐高溫、低密度薄板進行固定，用于防止聚氨酯泡沫彎曲；再將氧化固化后的聚氨酯泡沫，切成15cmX22cm置于馬弗爐中進行升溫炭化處理，在氮氣保護下，溫度從室溫以5.(TC /min升溫速率升至600°C，恒溫30min，自然冷卻至室溫，即可得到所需目標材料。
[0040]實施例9
[0041]分別稱取10g煤液化殘渣、2.5g硝酸鐵和300g四氫呋喃置于燒杯中，攪拌30min ;將30cmX 15cmX 1.5cm聚氨酯泡沫浸潰于溶液后取出，使用濾紙反復擠壓，再將擠壓后帶有溶液的聚氨酯泡沫置于空氣中干燥90min ;將干燥好的聚氨酯泡沫置于馬弗爐中進行氧化固化處理，溫度從室溫以2.(TC /min升溫速率升至300°C，恒溫60min，自然冷卻至室溫；另外，氧化固化處理過程中，需在聚氨酯泡沫兩側加入耐高溫、低密度薄板進行固定，用于防止聚氨酯泡沫彎曲；再將氧化固化后的聚氨酯泡沫，切成15cmX22cm置于馬弗爐中進行升溫炭化處理，在氬氣保護下，溫度從室溫以10°C /min升溫速率升至750°C，恒溫60min,自然冷卻至室溫，即可得到所需目標材料。
[0042]實施例10
[0043]將實施例3中所制備的材料進行裁剪、打磨為方形平板材料，盡量保持表面平整，尺寸大小為1mmX 1mm (四塊拼接成20mmX 20mm)。采用弓形法測試整體性材料在2-18GHZ頻段內的微波吸收性能。對制備材料的電磁參數(shù)的測量方法采用HP8722ES網(wǎng)絡法，將樣品與固體石臘混合嵌入專用小環(huán)狀模具中，制成厚度為2mm,內徑為Φ3ι?πι,外徑為Φ7ι?πι的同軸試樣，測試其相應頻率下的復介電常數(shù)和復磁導率。經(jīng)過數(shù)據(jù)分析，制備的吸波材料密度僅為0.057g/cm3,介電常數(shù)實部達到15，吸波損耗達到_10dB，材料具有一定的吸波性能，兼具承載作用。
[0044]實施例11
[0045]將實施例9中所制備的材料進行裁剪、打磨為方形平板材料，盡量保持表面平整，尺寸大小為20mmX 1mm(兩塊拼接成20mmX 20mm)。采用弓形法測試整體性材料在2_18GHz頻段內的微波吸收性能。對制備材料的電磁參數(shù)的測量方法采用HP8722ES網(wǎng)絡法，將樣品與固體石臘混合嵌入專用小環(huán)狀模具中，制成厚度為2mm,內徑為Φ3ι?πι,外徑為Φ7ι?πι的同軸試樣，測試其相應頻率下的復介電常數(shù)和復磁導率。經(jīng)過數(shù)據(jù)分析，制備的吸波材料密度僅為0.06g/cm3,介電常數(shù)實部為12，吸波損耗達到_25dB，有超過1GHz的頻段吸收損耗在-1OdB以上(電磁波吸收超過90% )，材料滿足吸波材料的“低密度，強吸收，款頻段，低成本”發(fā)展要求，體現(xiàn)出優(yōu)異的吸波性能。
【權利要求】
1.一種吸波材料的制備方法，其特征在于包括以下步驟: 步驟1、將有機碳源、金屬鹽溶于有機溶劑中，攪拌l-30min形成溶液，所述有機碳源與有機溶劑質量比為1.0:2.0-5.0，所述金屬鹽與有機碳源質量比為0-20:100 ； 步驟2，將聚氨酯泡沫浸潰到由步驟I制得的溶液中取出，使用濾紙反復擠壓，再將擠壓后帶有溶液的聚氨酯泡沫置于空氣中干燥，時間控制在10-120min ； 步驟3，將步驟2得到干燥好的聚氨酯泡沫在空氣氣氛下進行升溫氧化固化處理，溫度從室溫以0.5-20C /min升溫速率升至250_350°C，恒溫0_120min，冷卻至室溫，另外，氧化固化處理過程中，需在聚氨酯泡沫兩側加入耐高溫、低密度薄板進行固定，用于防止聚氨酯泡沫彎曲； 步驟4，在惰性氣氛保護下，將步驟3得到的已氧化固化的聚氨酯泡沫進行升溫炭化處理，溫度從室溫以1_20°C /min升溫速率升至600-1000°C，恒溫0_120min，冷卻至室溫，即可制得所需目標材料； 所述有機碳源選自煤基、石油基浙青類物質、酚醛樹脂或糠醛樹脂中的一種； 所述金屬鹽選自鐵、鈷、鎳可溶性的硝酸鹽、醋酸鹽或碳酸鹽中的一種或兩種混合金屬鹽； 所述有機溶劑選自四氫呋喃、甲苯或環(huán)己烷中的一種或兩種混合溶劑； 所述惰性氣氛選自氮氣、氬氣或氦氣中的一種； 所述聚氨酯泡沫厚度為l_500mm。
2.根據(jù)權利要求1所述一種吸波材料在微波吸收領域中的應用。
【文檔編號】C01B31/02GK104300231SQ201410572385
【公開日】2015年1月21日 申請日期:2014年10月23日 優(yōu)先權日:2014年10月23日
【發(fā)明者】邱介山, 肖南, 王帥, 張梅霞 申請人:大連理工大學