一种电磁吸波导热组合物及其制备方法

技术领域

本发明涉及吸波材料技术领域，具体为一种电磁吸波导热组合物及其制备方法。

背景技术

吸波材料是能够吸收或减弱表面接收到的电磁波能量，减少电磁波的干扰的功能性材料，过量电磁辐射对人体的健康会造成影响和伤害，并且电磁辐射会影响导航系统、电子诊疗仪器、网络型号等，因此治理电磁污染，需要开发出可以有效损耗电磁波辐射的吸波材料，当电磁波完全穿过吸波材料的表面，并且进入到吸波材料内部时，可以损耗电磁波的能量，实现吸收和损耗电磁波。

介孔碳类吸波材料具有质轻、导热性强、化学稳定性好等优点，广泛应用中吸波材料中，但是单一的碳类吸波材料由于导电性较大，会引起阻抗匹配性能较差，使电磁波不能有效穿透碳基材料表面，就被大量反射，很难完全发挥吸波性能，因此将介孔碳类吸波材料与具有介电损耗性能的吸波材料进行复合，不仅改善阻抗匹配性能，同时具有磁损耗、介电损耗等损耗机制。

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了一种电磁吸波导热组合物及其制备方法，解决了单一的介孔碳基吸波材料的阻抗匹配性能较差，吸波性能不高的问题。

(二)技术方案

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种电磁吸波导热组合物，所述电磁吸波导热组合物的制备方法如下所示：

(1)使用氯化亚砜对2-吡咯甲酸处理，得到分子式为C

(2)向四氢呋喃溶剂中加入木质素和2-吡咯甲酰氯，搅拌溶解后滴加氢氧化钠的水溶液，进行酯化反应，减压蒸馏除去溶剂，使用去离子水和丙酮洗涤产物并干燥，得到吡咯基木质素。

(3)将吡咯基木质素超声分散在去离子水中，将溶液通过喷雾干燥法处理，收集产物，然后与氢氧化钾混合均匀后，置于电阻炉中，在氮气氛围中进行碳化过程，使用去离子水洗涤并干燥，制得氮掺杂介孔碳微球。

(4)将氮掺杂介孔碳微球超声分散在去离子水中，加入氯化镍和表面活性剂十二烷基硫酸钠，搅拌6-12h，再加入沉淀剂尿素，将溶液倒入水热反应釜中，进行原位水热反应，过滤溶剂，去离子水洗涤并干燥，将混合产物置于电阻炉中，在空气氛围中进行煅烧过程，制得氮掺杂介孔碳微球负载蜂窝状NiO。

(5)将氮掺杂介孔碳微球负载蜂窝状NiO和石蜡按照质量比为35-45:100混合均匀，制得电磁吸波导热组合物。

优选的，所述步骤(2)中的木质素、2-吡咯甲酰氯和氢氧化钠的质量比为100:12-30:3-8。

优选的，所述步骤(2)中的酯化反应在40-70℃中，反应时间6-12h。

优选的，所述步骤(3)中的吡咯基木质素和氢氧化钾的质量比为10:20-40。

优选的，所述步骤(3)中的碳化过程在650-750℃中碳化2-4h。

优选的，所述步骤(4)中的氮掺杂介孔碳微球、氯化镍、十二烷基硫酸钠和尿素的质量比为10:60-120:1400-3000:420-850。

优选的，其特征在于：所述步骤(4)中的原位水热反应在70-90℃中，反应4-8h。

(三)有益的技术效果

与现有技术相比，本发明具备以下有益技术效果：

该一种电磁吸波导热组合物，在氢氧化钠的催化作用下，使2-吡咯甲酰氯的酰氯基团与木质素的酚羟基进行酯化反应，得到吡咯基木质素，以木质素作为生物质碳源，接枝的吡咯官能团作为氮源，通过喷雾干燥法和高温氢氧化钾制孔，得到氮掺杂介孔碳微球，含有丰富的微孔结构，这些微孔结构可以有效吸收电磁波，使电磁波不断发生散射和反射进行能量消耗，同时氮掺杂形成大量的吡咯氮等含氮官能团，而氮官能团可以引发偶极极化和介孔碳的缺陷极化，可以增强材料极化弛豫现象，从而提高材料对电磁波的介电损耗能力。

该一种电磁吸波导热组合物，以十二烷基硫酸钠作为表面活性剂，尿素水解产生-OH，作为沉淀剂，生成的蜂窝状纳米NiO前驱体与氮掺杂介孔碳微球进行复合，再通过煅烧，得到氮掺杂介孔碳微球负载蜂窝状纳米NiO，纳米NiO与氮掺杂介孔碳微球紧密结合，而氮掺杂介孔碳良好的导电性能，可以改善纳米NiO的极化作用，增强纳米NiO的电磁损耗性能，纳米NiO和氮掺杂介孔碳微球复合后，可以显著改善其阻抗匹配性能，表现出更好的吸波性能，并且复合材料具有良好的导热性能，可以使吸收的电磁波在耗散过程中，以热能的形式更好地进行消散和散发。

附图说明

图1是合成吡咯基木质素的反应示意图。

具体实施方式

为实现上述目的，本发明提供如下具体实施方式和实施例：一种电磁吸波导热组合物的制备方法如下所示：

(1)使用氯化亚砜对2-吡咯甲酸处理，得到分子式为C

(2)向四氢呋喃溶剂中加入木质素和2-吡咯甲酰氯，搅拌溶解后滴加氢氧化钠的水溶液，控制木质素、2-吡咯甲酰氯和氢氧化钠的质量比为100:12-30:3-8，在40-70℃中进行酯化反应6-12h，减压蒸馏除去溶剂，使用去离子水和丙酮洗涤产物并干燥，得到吡咯基木质素。

(3)将吡咯基木质素超声分散在去离子水中，将溶液通过喷雾干燥法处理，收集产物，然后与氢氧化钾混合均匀，控制吡咯基木质素和氢氧化钾的质量比为10:20-40，置于电阻炉中，在氮气氛围中，650-750℃下进行碳化过程2-4h，使用去离子水洗涤并干燥，制得氮掺杂介孔碳微球。

(4)将氮掺杂介孔碳微球超声分散在去离子水中，加入氯化镍和表面活性剂十二烷基硫酸钠，搅拌6-12h，再加入沉淀剂尿素，控制氮掺杂介孔碳微球、氯化镍、十二烷基硫酸钠和尿素的质量比为10:60-120:1400-3000:420-850，将溶液倒入水热反应釜中，在70-90℃中进行原位水热反应4-8h，过滤溶剂，去离子水洗涤并干燥，将混合产物置于电阻炉中，在空气氛围中进行煅烧过程，制得氮掺杂介孔碳微球负载蜂窝状NiO。

(5)将氮掺杂介孔碳微球负载蜂窝状NiO和石蜡按照质量比为35-45:100混合均匀，制得电磁吸波导热组合物。

实施例1

(1)使用氯化亚砜对2-吡咯甲酸处理，得到分子式为C

(2)向四氢呋喃溶剂中加入木质素和2-吡咯甲酰氯，搅拌溶解后滴加氢氧化钠的水溶液，控制木质素、2-吡咯甲酰氯和氢氧化钠的质量比为100:12:3，在40℃中进行酯化反应6h，减压蒸馏除去溶剂，使用去离子水和丙酮洗涤产物并干燥，得到吡咯基木质素。

(3)将吡咯基木质素超声分散在去离子水中，将溶液通过喷雾干燥法处理，收集产物，然后与氢氧化钾混合均匀，控制吡咯基木质素和氢氧化钾的质量比为10:20，置于电阻炉中，在氮气氛围中，650℃下进行碳化过程2h，使用去离子水洗涤并干燥，制得氮掺杂介孔碳微球。

(4)将氮掺杂介孔碳微球超声分散在去离子水中，加入氯化镍和表面活性剂十二烷基硫酸钠，搅拌6h，再加入沉淀剂尿素，控制氮掺杂介孔碳微球、氯化镍、十二烷基硫酸钠和尿素的质量比为10:60:1400:420，将溶液倒入水热反应釜中，在70℃中进行原位水热反应4h，过滤溶剂，去离子水洗涤并干燥，将混合产物置于电阻炉中，在空气氛围中进行煅烧过程，制得氮掺杂介孔碳微球负载蜂窝状NiO。

(5)将氮掺杂介孔碳微球负载蜂窝状NiO和石蜡按照质量比为35:100混合均匀，制得电磁吸波导热组合物。

实施例2

(1)使用氯化亚砜对2-吡咯甲酸处理，得到分子式为C

(2)向四氢呋喃溶剂中加入木质素和2-吡咯甲酰氯，搅拌溶解后滴加氢氧化钠的水溶液，控制木质素、2-吡咯甲酰氯和氢氧化钠的质量比为100:18:4.5，在50℃中进行酯化反应10h，减压蒸馏除去溶剂，使用去离子水和丙酮洗涤产物并干燥，得到吡咯基木质素。

(3)将吡咯基木质素超声分散在去离子水中，将溶液通过喷雾干燥法处理，收集产物，然后与氢氧化钾混合均匀，控制吡咯基木质素和氢氧化钾的质量比为10:28，置于电阻炉中，在氮气氛围中，750℃下进行碳化过程2h，使用去离子水洗涤并干燥，制得氮掺杂介孔碳微球。

(4)将氮掺杂介孔碳微球超声分散在去离子水中，加入氯化镍和表面活性剂十二烷基硫酸钠，搅拌8h，再加入沉淀剂尿素，控制氮掺杂介孔碳微球、氯化镍、十二烷基硫酸钠和尿素的质量比为10:80:2500:560，将溶液倒入水热反应釜中，在80℃中进行原位水热反应8h，过滤溶剂，去离子水洗涤并干燥，将混合产物置于电阻炉中，在空气氛围中进行煅烧过程，制得氮掺杂介孔碳微球负载蜂窝状NiO。

(5)将氮掺杂介孔碳微球负载蜂窝状NiO和石蜡按照质量比为38:100混合均匀，制得电磁吸波导热组合物。

实施例3

(1)使用氯化亚砜对2-吡咯甲酸处理，得到分子式为C

(2)向四氢呋喃溶剂中加入木质素和2-吡咯甲酰氯，搅拌溶解后滴加氢氧化钠的水溶液，控制木质素、2-吡咯甲酰氯和氢氧化钠的质量比为100:25:6.2，在60℃中进行酯化反应10h，减压蒸馏除去溶剂，使用去离子水和丙酮洗涤产物并干燥，得到吡咯基木质素。

(3)将吡咯基木质素超声分散在去离子水中，将溶液通过喷雾干燥法处理，收集产物，然后与氢氧化钾混合均匀，控制吡咯基木质素和氢氧化钾的质量比为10:33，置于电阻炉中，在氮气氛围中，700℃下进行碳化过程3h，使用去离子水洗涤并干燥，制得氮掺杂介孔碳微球。

(4)将氮掺杂介孔碳微球超声分散在去离子水中，加入氯化镍和表面活性剂十二烷基硫酸钠，搅拌10h，再加入沉淀剂尿素，控制氮掺杂介孔碳微球、氯化镍、十二烷基硫酸钠和尿素的质量比为10:100:2500:700，将溶液倒入水热反应釜中，在80℃中进行原位水热反应6h，过滤溶剂，去离子水洗涤并干燥，将混合产物置于电阻炉中，在空气氛围中进行煅烧过程，制得氮掺杂介孔碳微球负载蜂窝状NiO。

(5)将氮掺杂介孔碳微球负载蜂窝状NiO和石蜡按照质量比为42:100混合均匀，制得电磁吸波导热组合物。

实施例4

(1)使用氯化亚砜对2-吡咯甲酸处理，得到分子式为C

(2)向四氢呋喃溶剂中加入木质素和2-吡咯甲酰氯，搅拌溶解后滴加氢氧化钠的水溶液，控制木质素、2-吡咯甲酰氯和氢氧化钠的质量比为100:30:8，在70℃中进行酯化反应12h，减压蒸馏除去溶剂，使用去离子水和丙酮洗涤产物并干燥，得到吡咯基木质素。

(3)将吡咯基木质素超声分散在去离子水中，将溶液通过喷雾干燥法处理，收集产物，然后与氢氧化钾混合均匀，控制吡咯基木质素和氢氧化钾的质量比为10:40，置于电阻炉中，在氮气氛围中，750℃下进行碳化过程4h，使用去离子水洗涤并干燥，制得氮掺杂介孔碳微球。

(4)将氮掺杂介孔碳微球超声分散在去离子水中，加入氯化镍和表面活性剂十二烷基硫酸钠，搅拌12h，再加入沉淀剂尿素，控制氮掺杂介孔碳微球、氯化镍、十二烷基硫酸钠和尿素的质量比为10:120:3000:850，将溶液倒入水热反应釜中，在90℃中进行原位水热反应8h，过滤溶剂，去离子水洗涤并干燥，将混合产物置于电阻炉中，在空气氛围中进行煅烧过程，制得氮掺杂介孔碳微球负载蜂窝状NiO。

(5)将氮掺杂介孔碳微球负载蜂窝状NiO和石蜡按照质量比为45:100混合均匀，制得电磁吸波导热组合物。

对比例1

(1)使用氯化亚砜对2-吡咯甲酸处理，得到分子式为C

(2)向四氢呋喃溶剂中加入木质素和2-吡咯甲酰氯，搅拌溶解后滴加氢氧化钠的水溶液，控制木质素、2-吡咯甲酰氯和氢氧化钠的质量比为100:30:8，在70℃中进行酯化反应12h，减压蒸馏除去溶剂，使用去离子水和丙酮洗涤产物并干燥，得到吡咯基木质素。

(3)将吡咯基木质素超声分散在去离子水中，将溶液通过喷雾干燥法处理，收集产物，然后与氢氧化钾混合均匀，控制吡咯基木质素和氢氧化钾的质量比为10:15，置于电阻炉中，在氮气氛围中，750℃下进行碳化过程4h，使用去离子水洗涤并干燥，制得氮掺杂介孔碳微球。

(4)将氮掺杂介孔碳微球超声分散在去离子水中，加入氯化镍和表面活性剂十二烷基硫酸钠，搅拌10h，再加入沉淀剂尿素，控制氮掺杂介孔碳微球、氯化镍、十二烷基硫酸钠和尿素的质量比为10:40:1000:280，将溶液倒入水热反应釜中，在80℃中进行原位水热反应8h，过滤溶剂，去离子水洗涤并干燥，将混合产物置于电阻炉中，在空气氛围中进行煅烧过程，制得氮掺杂介孔碳微球负载蜂窝状NiO。

(5)将氮掺杂介孔碳微球负载蜂窝状NiO和石蜡按照质量比为32:100混合均匀，制得电磁吸波导热组合物。

对比例2

(1)使用氯化亚砜对2-吡咯甲酸处理，得到分子式为C

(2)向四氢呋喃溶剂中加入木质素和2-吡咯甲酰氯，搅拌溶解后滴加氢氧化钠的水溶液，控制木质素、2-吡咯甲酰氯和氢氧化钠的质量比为100:36:10，在70℃中进行酯化反应12h，减压蒸馏除去溶剂，使用去离子水和丙酮洗涤产物并干燥，得到吡咯基木质素。

(3)将吡咯基木质素超声分散在去离子水中，将溶液通过喷雾干燥法处理，收集产物，然后与氢氧化钾混合均匀，控制吡咯基木质素和氢氧化钾的质量比为10:46，置于电阻炉中，在氮气氛围中，750℃下进行碳化过程2h，使用去离子水洗涤并干燥，制得氮掺杂介孔碳微球。

(4)将氮掺杂介孔碳微球超声分散在去离子水中，加入氯化镍和表面活性剂十二烷基硫酸钠，搅拌12h，再加入沉淀剂尿素，控制氮掺杂介孔碳微球、氯化镍、十二烷基硫酸钠和尿素的质量比为10:140:3500:1000，将溶液倒入水热反应釜中，在80℃中进行原位水热反应6h，过滤溶剂，去离子水洗涤并干燥，将混合产物置于电阻炉中，在空气氛围中进行煅烧过程，制得氮掺杂介孔碳微球负载蜂窝状NiO。

(5)将氮掺杂介孔碳微球负载蜂窝状NiO和石蜡按照质量比为48:100混合均匀，制得电磁吸波导热组合物。

将电磁吸波导热组合物和石蜡按照3:7的质量部混合均匀，压制成厚度为1.5mm，外径为10mm、内径为4mm的圆环材料，然后通过热导率测试仪热导率。

导热性能测试

通过矢量网络测试仪测试圆环材料的吸波性能。

吸波性能测试