一种壳聚糖气凝胶/MOF衍生的Fe/Fe2O3/C复合材料及其制备方法和应用

本发明涉及电磁波吸收材料，具体涉及一种壳聚糖气凝胶/mof衍生的fe/fe2o3/c复合材料及其制备方法和应用。

背景技术：

1、目前，微波吸收材料被认为是克服电磁辐射污染最有希望的作用。在实际应用中，一种高效电磁波吸收器应具备重量轻，涂层厚度薄，吸收能力强，频带宽等优点。金属-有机框架多孔材料(metal-organic framework,mofs)是一种新型多孔材料，可以同时提供金属和多孔碳源,具有良好的多孔结构、大表面积和柔性结构,因此近年来引起了人们的极大兴趣。同时，气凝胶与各种构件组装在一起，包括金属纳米颗粒、纳米纤维、二维材料及其混合物，由于它们的超低密度和丰富的多孔结构而被广泛研究。众所周知，与粉状填料相比，3d多孔结构在构建具有较低填料负载的导电网络方面更有效。高度多孔的结构提供了许多传播路径，以增强材料内部的em散射。此外，通过有效降低介电常数，加入大量空气可以极大地增强自由空间和吸收体之间的阻抗匹配。

2、因此本申请介绍的壳聚糖气凝胶/mof衍生的fe/fe2o3/c复合材料，由于其质量轻，阻抗匹配好，较单独的前驱体fe-mof吸波材料具有较强的吸波性能，并且制备方法简便，所用药品便宜，期望其在吸波领域具有较好的应用前景。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的上述技术问题，本申请的目的在于提供一种壳聚糖气凝胶/mof衍生的fe/fe2o3/c复合材料及其制备方法和应用。本申请研究开发一种mof衍生的碳与cas复合材料，降低了复合材料的密度，而且增加了材料的介电损耗。所得复合材料具有较高的导电性和介电性能，并且有利于材料阻抗匹配的提高，提升材料的吸波性能。本发明制备工艺简单，药品价格低廉，可实现规模化较大批量生产，并且此复合材料较单独的前驱体fe-mof材料吸波性能有较大提升。

2、为解决上述技术问题，本发明采用了如下技术方案：

3、一种壳聚糖气凝胶/mof衍生的fe/fe2o3/c复合材料的制备方法，包括以下步骤：

4、1)首先将h2bdc(对苯二甲酸)和三价fe盐在有机溶剂中经溶剂热反应，之后通过离心、洗涤、干燥得到所需金属有机框架材料的前驱体fe-mof，记为a物质；

5、2)将壳聚糖粉末加入至乙酸水溶液中搅拌混合，得到淡黄色壳聚糖水凝胶前体，记为b物质；

6、3)然后将a物质加入b物质中，搅拌混合均匀得到壳聚糖水凝胶/mof复合材料，然后将其倒入模具中，先进行冷冻处理，然后将冷冻样品放入真空冷冻干燥机中冷冻干燥；

7、4)待干燥结束，在惰性气氛下将样品进行煅烧处理，获得由垂直多孔结构组成的独立且轻质的壳聚糖气凝胶/mof衍生的fe/fe2o3/c复合材料。

8、进一步地，步骤1)中所述h2bdc的质量和三价fe盐的物质的量之比是0.05～0.1:1，质量的单位是g，物质的量单位是mol；所述有机溶剂为dmf，h2bdc在有机溶剂中的浓度是0.005～0.02g/ml。

9、进一步地，步骤1)中溶剂热反应的温度是100～120℃，优选为105～110℃，反应时间是10～40h，优选为20～24h。

10、进一步地，步骤2)中所述乙酸水溶液的体积分数是0.5～2％，壳聚糖粉末加入至乙酸水溶液中的浓度是10～40mg/ml，优选为30～35mg/ml。

11、进一步地，步骤3)中所述a物质和b物质的质量比是1:20～136，优选为1:24～55。

12、进一步地，步骤3)中所述冷冻温度为–10～–120℃，优选为–55～–60℃，冷冻固化的时间是3～5h；所述在冷冻干燥机中冻干温度为–65～–75℃，冷冻干燥的时间为12～48h，优选20～24h。

13、进一步地，步骤4)中煅烧处理的过程是：在氩气或者氮气气氛下，以1～10℃/min的升温速率升温至600～700℃，优选为650℃，然后恒温煅烧处理1～6h。

14、本申请还提供所述的一种壳聚糖气凝胶/mof衍生的fe/fe2o3/c复合材料在作为吸波材料中的应用，复合材料用于吸收2～18ghz频率范围内电磁波。

15、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

16、1)本发明通过依靠高度可控的冷冻铸造和碳化过程合成壳聚糖气凝胶/mof衍生的fe/fe2o3/c复合材料，阻抗匹配性好，较单独前驱体fe-mof吸波材料具有较强的吸波性能，并且制备方法简便，原料成本低，适合较大规模的生产。

17、2)本发明制备的壳聚糖气凝胶/mof衍生的fe/fe2o3/c复合材料中，“mof衍生的碳”与“壳聚糖转化形成的碳”两种不同的碳层可以为多重散射提供丰富的异质界面。壳聚糖有大量的氨基，可以提供丰富的氮源，增加材料的极化损耗。碳层与包裹的磁性纳米颗粒之间存在介电损耗和磁损耗的协同作用；材料表面残留的缺陷和官能团，为材料提供了一些异质界面、多孔结构和极化中心，提高了材料的极化弛豫损耗；碳层与金属颗粒、碳层与碳层、不同金属组分之间的界面会引起界面极化。多重损耗机制的叠加，提高了电磁波损耗能力，在15wt％填料负载，1.5mm的匹配厚度下,最低反射损耗rlmin＝–39.0db，实现了超过99.9％的电磁波吸收。

18、3)本发明制备的壳聚糖气凝胶/mof衍生的fe/fe2o3/c复合材料中，mof和壳聚糖衍生的轻质多孔碳包覆层，不仅能降低材料的填充量，实现“轻”的目标，还能增加电磁波的反射路径，促进电磁波在材料内的多重损耗。

技术特征：

1.一种壳聚糖气凝胶/mof衍生的fe/fe2o3/c复合材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的一种壳聚糖气凝胶/mof衍生的fe/fe2o3/c复合材料的制备方法，其特征在于步骤1）中所述h2bdc的质量和三价fe盐的物质的量之比是0.05～0.1:1，质量的单位是g，物质的量单位是mol；所述有机溶剂为dmf，h2bdc在有机溶剂中的浓度是0.005～0.02 g/ml。

3.如权利要求1所述的一种壳聚糖气凝胶/mof衍生的fe/fe2o3/c复合材料的制备方法，其特征在于步骤1）中溶剂热反应的温度是100～120 ℃，优选为105～110℃，反应时间是10～40 h，优选为20～24 h。

4.如权利要求1所述的一种壳聚糖气凝胶/mof衍生的fe/fe2o3/c复合材料的制备方法，其特征在于步骤2）中所述乙酸水溶液的体积分数是0.5～2%，壳聚糖粉末加入至乙酸水溶液中的浓度是10～40 mg/ml，优选为30～35 mg/ml。

5.如权利要求4所述的一种壳聚糖气凝胶/mof衍生的fe/fe2o3/c复合材料的制备方法，其特征在于步骤3）中所述a物质和b物质的质量比是1:20～136，优选为1:24～55。

6.如权利要求1所述的一种壳聚糖气凝胶/mof衍生的fe/fe2o3/c复合材料的制备方法，其特征在于步骤3）中所述冷冻温度为–10～–120 ℃，优选为–55～–60 ℃，冷冻固化的时间是3～5 h；所述在冷冻干燥机中冻干温度为–65～–75 ℃，冷冻干燥的时间为12～48 h，优选20～24 h。

7.如权利要求1所述的一种壳聚糖气凝胶/mof衍生的fe/fe2o3/c复合材料的制备方法，其特征在于步骤4）中煅烧处理的过程是：在氩气或者氮气气氛下，以1～10℃/min的升温速率升温至600～700 ℃，优选为650 ℃，然后恒温煅烧处理1～6 h。

8.如权利要求1～7任一所述方法制备的一种壳聚糖气凝胶/mof衍生的fe/fe2o3/c复合材料。

9.如权利要求8所述的一种壳聚糖气凝胶/mof衍生的fe/fe2o3/c复合材料在作为吸波材料中的应用。

10.如权利要求9所述的应用，其特征在于所述壳聚糖气凝胶/mof衍生的fe/fe2o3/c复合材料用于吸收2～18 ghz频率范围内电磁波。

技术总结本发明公开了一种壳聚糖气凝胶/MOF衍生的Fe/Fe<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;/C复合材料及其制备方法和应用，所述复合材料的制备方法为：H<subgt;2</subgt;BDC和三价Fe盐经溶剂热反应生成前驱体Fe‑MOF，记为A物质；壳聚糖粉末加入乙酸水溶液中搅拌得到淡黄色壳聚糖水凝胶前体，记为B物质；A物质加入B物质中搅拌，经冷冻处理和真空冷冻干燥，然后在惰性气氛下煅烧处理得目标产物。本申请MOF衍生的碳与CAs复合材料，降低材料的密度，增加材料的介电损耗。复合材料具有较高的导电性和介电性能，有利于材料阻抗匹配的提高，提升材料的吸波性能。本发明制备工艺简单，可实现规模化较大批量生产，复合材料在低填料负载，薄的匹配厚度下有较好的吸波性能，并且此复合材料较单独的前驱体Fe‑MOF材料吸波性能有较大提升。技术研发人员：胡军,陈太平,温慧敏,李孟荷,黄志涵,何畅受保护的技术使用者：浙江工业大学技术研发日：技术公布日：2024/6/13