本發(fā)明涉及微波吸收材料，具體設(shè)計(jì)一種具有多層核殼異質(zhì)類冰霜結(jié)構(gòu)y2o3@sio2@ppy@mno2吸波復(fù)合材料及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、當(dāng)前，微波吸收材料的研究已經(jīng)取得了顯著進(jìn)展，技術(shù)水平不斷提升。這些材料通過磁損耗、介電損耗等機(jī)理來實(shí)現(xiàn)微波吸收。具體來說，針對傳統(tǒng)吸波材料存在的密度大、吸收頻帶狹窄以及應(yīng)用范圍有限等問題，研發(fā)低成本、輕質(zhì)、超薄、高性能且寬頻吸收的吸波材料已成為當(dāng)前研究的熱點(diǎn)。

2、常用的微波吸收材料有碳材料、mno2、ppy等介電損耗材料以及磁性金屬等磁損耗材料。然而，磁性材料存在密度大、有效帶寬窄的問題，導(dǎo)致其應(yīng)用范圍受限。

3、y2o3是一種重要的稀土氧化物，其獨(dú)特的4f電子結(jié)構(gòu)賦予其可調(diào)諧的物理性質(zhì)，可用作制造微波用磁性材料和軍工用重要材料然而，單一無法滿足高性能吸收材料的需求。

4、sio2是一種透射波材料，增加電磁波在材料內(nèi)部的反射路徑。sio2本身的吸波性能可能相對有限，通常需要與其他吸波材料復(fù)合或進(jìn)行改性處理，以獲得更好的吸波效果。例如，專利號cn202110516544.3公開了種α-fe2o3摻雜二氧化硅納米顆粒吸波材料的制備方法，但該方法制備的復(fù)合材料尚未滿足-10db的標(biāo)準(zhǔn)。

5、ppy具有一定的導(dǎo)電性，能夠通過與電磁場的相互作用產(chǎn)生導(dǎo)電損耗，將電磁波能量轉(zhuǎn)化為熱能等其他形式的能量。為提高聚吡咯基復(fù)合材料的吸波性能，研究方向之一是將聚吡咯與其他介電損耗材料或磁性材料進(jìn)行復(fù)合。如專利號cn?113845880a公開了一種銀納米線@聚吡咯-四氧化三鐵復(fù)合吸波材料及其制備方法，但使用的硝酸銀價格昂貴，且復(fù)合材料有效吸收帶寬，厚度厚，非常不利于后續(xù)使用。

6、鑒于此，如何克服密度較大、吸收性能較差、損耗機(jī)制單一及匹配性能差等缺點(diǎn)，制備一種新的密度小、吸波性能高、有效吸收帶寬的吸波材料具有重要意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種具有多層核殼異質(zhì)類冰霜結(jié)構(gòu)y2o3@sio2@ppy@mno2吸波復(fù)合材料及其制備方法。本發(fā)明所制備的吸波復(fù)合材料具體良好的吸波性能，且制備方法簡單，生產(chǎn)成本低，解決了現(xiàn)有技術(shù)中微波吸收材料存在的吸收性能差、微波吸收頻段單一的問題。

2、本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

3、一種具有多層核殼異質(zhì)類冰霜結(jié)構(gòu)y2o3@sio2@ppy@mno2吸波復(fù)合材料，所述吸波復(fù)合材料由多層核殼微球和納米棒組成，呈類冰霜結(jié)構(gòu)；所述多層核殼微球是以y2o3為芯材，依次包覆sio2層、ppy層；所述納米棒為mno2。

4、進(jìn)一步地，所述y2o3的粒徑為50-200nm。

5、進(jìn)一步地，所述y2o3與sio2的質(zhì)量比為1：1。

6、進(jìn)一步地，所述y2o3與ppy的質(zhì)量比為7.14：1。

7、進(jìn)一步地，所述y2o3與mno2的質(zhì)量比為1：3.93～4.07。

8、一種所述吸波復(fù)合材料的制備方法，所述制備方法包括如下步驟：

9、(1)制備單層核殼微球y2o3@sio2：在室溫條件下，將y2o3分散在溶劑中，再加入teos，通過stober法反應(yīng)制備sio2包覆y2o3的單層核殼微球y2o3@sio2；

10、(2)制備多層核殼微球y2o3@sio2@ppy：將步驟(1)得到的單層核殼微球y2o3@sio2分散在去離子水中，加入fecl3·6h2o，混合均勻后，再加入吡咯單體于室溫下反應(yīng)，經(jīng)處理后，得到多層核殼微球y2o3@sio2@ppy；

11、(3)制備y2o3@sio2@ppy@mno2吸波復(fù)合材料：將步驟(2)得到的多層核殼微球y2o3@sio2@ppy分散在去離子水中，然后加入kmno4，邊攪拌邊滴加鹽酸，超聲，移入反應(yīng)釜中反應(yīng)，最后經(jīng)冷卻、過濾、收集濾渣、洗滌、干燥得到y(tǒng)2o3@sio2@ppy@mno2吸波復(fù)合材料。

12、進(jìn)一步地，步驟(1)中，所述溶劑為體積分?jǐn)?shù)為75％的乙醇的水溶液；所述y2o3在溶劑中的濃度為0.11mol/l，所述teos在溶劑中的濃度為0.42mol/l；所述反應(yīng)的時間為4h。

13、進(jìn)一步地，步驟(2)中，所述y2o3@sio2在去離子水中的濃度為0.07mol/l；所述fecl3·6h2o在去離子水中的濃度為0.07-0.08mol/l；所述吡咯單體在去離子水中的濃度為0.165mol/l；所述反應(yīng)的溫度為-2～0℃，時間為4h。

14、進(jìn)一步地，步驟(3)中，所述y2o3@sio2@ppy在去離子水中的濃度為0.01mol/l；所述kmno4在去離子水中的濃度為0.083mol/l；所述鹽酸的質(zhì)量百分濃度為36～38％，所述鹽酸與去離子水的體積比為1：80ml；所述反應(yīng)的溫度為180℃，時間為5～7h。

15、本發(fā)明有益的技術(shù)效果在于：

16、本發(fā)明設(shè)計(jì)了一種多層核殼類冰霜結(jié)構(gòu)吸波復(fù)合材料，本發(fā)明所制備吸波復(fù)合材料，以多層核殼微球y2o3@sio2@ppy作為“霜杈”，具體的，以y2o3為芯材，sio2為中間層，導(dǎo)電聚合物ppy為核殼最外層。sio2是一種透射波材料，增加電磁波在材料內(nèi)部的反射路徑；ppy則有效促進(jìn)渦流效應(yīng)，增強(qiáng)渦流損耗。mno2作為“霜枝”，顯著增加其比表面積，增加電磁波在材料內(nèi)部的傳播路徑和散射次數(shù)。對比現(xiàn)有技術(shù)中，如專利號cn?117560915?a公開的nico2o4@ppy復(fù)合材料，專利號cn?117641872?a中的復(fù)合材料mno2/ti3c2?mxene，本發(fā)明的y2o3@sio2@ppy的吸波性能更優(yōu)。

17、本發(fā)明所述吸波復(fù)合材料在結(jié)構(gòu)上，以三層核殼結(jié)構(gòu)y2o3@sio2@ppy作為“霜杈”，不僅極大地豐富了界面數(shù)量，強(qiáng)化了界面極化效應(yīng)，還通過調(diào)整各原料的用量，有效遏制了電磁波的反射、散射和透射，從而顯著提升了材料的吸波效能。而外圍的棒狀mno2作為“霜枝”，棒與棒、棒與核殼共同構(gòu)建復(fù)雜的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，強(qiáng)化了導(dǎo)電損耗，有效提升了整體的電磁波吸收效率。

技術(shù)特征：

1.一種具有多層核殼異質(zhì)類冰霜結(jié)構(gòu)y2o3@sio2@ppy@mno2吸波復(fù)合材料，其特征在于，所述吸波復(fù)合材料由多層核殼微球和納米棒組成，呈類冰霜結(jié)構(gòu)；所述多層核殼微球是以y2o3為芯材，依次包覆sio2層、ppy層；所述納米棒為mno2。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的吸波復(fù)合材料，其特征在于，所述y2o3的粒徑為50-200nm。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的吸波復(fù)合材料，其特征在于，所述y2o3與sio2的質(zhì)量比為1：1。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的吸波復(fù)合材料，其特征在于，所述y2o3與ppy的質(zhì)量比為7.14：1。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的吸波復(fù)合材料，其特征在于，所述y2o3與mno2的質(zhì)量比為1：3.93～4.07。

6.一種權(quán)利要求1所述吸波復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，所述制備方法包括如下步驟：

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的制備方法，其特征在于，步驟(1)中，所述溶劑為體積分?jǐn)?shù)為75％的乙醇的水溶液；所述y2o3在溶劑中的濃度為0.11mol/l，所述teos在溶劑中的濃度為0.42mol/l；所述反應(yīng)的時間為4h。

8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的制備方法，其特征在于，步驟(2)中，所述y2o3@sio2在去離子水中的濃度為0.07mol/l；所述fecl3·6h2o在去離子水中的濃度為0.07-0.08mol/l；所述吡咯單體在去離子水中的濃度為0.165mol/l；所述反應(yīng)的溫度為-2～0℃，時間為4h。

9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的制備方法，其特征在于，步驟(3)中，所述y2o3@sio2@ppy在去離子水中的濃度為0.0092mol/l；所述kmno4在去離子水中的濃度為0.083mol/l；所述鹽酸的質(zhì)量百分濃度為36～38％，所述鹽酸與去離子水的體積比為1：80；所述反應(yīng)的溫度為180℃，時間為5～7h。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種具有多層核殼異質(zhì)類冰霜結(jié)構(gòu)Y<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;@SiO<subgt;2</subgt;@PPy@MnO<subgt;2</subgt;吸波復(fù)合材料及其制備方法。本發(fā)明所述吸波復(fù)合材料由多層核殼微球和納米棒組成，呈類冰霜結(jié)構(gòu)；所述多層核殼微球是以Y<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;為芯材，依次包覆SiO<subgt;2</subgt;層、PPy層；所述納米棒為MnO<subgt;2</subgt;。本發(fā)明以氧化釔為芯材，通過Stober法在其表面均勻包覆SiO<subgt;2</subgt;，形成單層核殼結(jié)構(gòu)。之后，引入C、N元素，在其表面再包覆一層PPy，形成“霜杈”Y<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;@SiO<subgt;2</subgt;@PPy，再以棒狀MnO<subgt;2</subgt;作為“霜枝”，強(qiáng)化了界面極化效應(yīng)，構(gòu)建導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，有效提升了整體的電磁波吸收效率。該吸波復(fù)合材料解決單一組分衰減能力不足、有效吸收帶寬窄的問題，呈現(xiàn)出極強(qiáng)的介電極化能力。本發(fā)明的制備方法簡單，生產(chǎn)成本低廉、適應(yīng)于工業(yè)化生產(chǎn)。

技術(shù)研發(fā)人員：俞科靜,劉甜甜,周凡,陸艷雯,陳坤林,孫潔
受保護(hù)的技術(shù)使用者：江南大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/19