一种高熵氧化物(HEOs)@C双核壳复合材料的制备方法及其吸波线材料

本发明涉及微波吸收材料及核壳结构技术方法领域，具体涉及到一种高熵氧化物双核壳复合吸波线材的制备工艺和应用方法。

背景技术：

1、近年来，互联网及电子设备的快速进步，给人们带来了便捷、快速、舒适的生活。但同时也带来了严重的电磁污染问题。电磁干扰和辐射不仅对人类生命健康构成威胁，还可能会干扰和破坏电子精密硬件，给人身财产带来极其严重的损失。由此，开发具有宽频带吸收能力、强吸波强度和薄的吸波厚度等优点的高效微吸波材料变得尤为重要。

2、吸波材料的发展迅速，通常可分为介电损耗吸波材料、磁损型吸波材料和介电磁型吸波材料三类。介电型吸波材料通常采用碳材料和介电材料的复合制备，以实现高电导率和弛豫现象，从而耗散电磁波能量。例如，石墨烯、碳纳米管、炭黑、tin、sio2等常被使用。而磁损耗型吸波材料主要以金属氧化物为主体，具有高磁损耗和稳定性，可以有效耗散电磁波能量。在这两种类型的基础上，通过混合不同的材料和结构，可以制备出同时具有介电损耗和磁损耗的复合材料。通过改变复合材料的结构和成分，可以使电磁波能量在材料内部多次反射和散射，从而实现更有效的能量耗散。在本文中，通过采用双核壳结构的吸波增强剂，利用核壳结构的大孔优势，电磁波能够在吸波材料内部进行多次反射和漫射，从而更有效地耗散电磁波能量。

技术实现思路

1、本发明旨在基础工艺设计及应用方面，提供一种高熵氧化物(heos)@c双核壳复合材料的制备方法及其微波吸收性能。这项工艺方法通过设计材料的核壳结构，充分利用电磁吸收的大孔优势，使材料能够多次吸收电磁波。此外，还采用了可降解的pla作为基体材料，并利用3d打印技术制造吸波试样，以实现绿色环保。为了解决上述技术问题并实现本发明的目标，提供以下技术方案：

2、高熵氧化物(heos)@c双核壳复合材料的制备方法，包括如下步骤：

3、(1)将原始cocrfemnni粉末进行高温氧化热处理，以形成氧化层，得到(cocrfemnni)3o4高熵氧化物粉末；

4、(2)将制备的(cocrfemnni)3o4高熵氧化物粉末与ep树脂、gr石墨烯和无水乙醇进行机械搅拌，以使ep完全包覆(cocrfemnni)3o4颗粒；在一些实施方案中，机械搅拌机的转速设置为300～500r/min，直至无水乙醇完全挥发，使其完全包覆。

5、(3)将步骤(2)得到的(cocrfemnni)3o4/ep混合物经真空干燥、真空高温碳化得到高熵氧化物(heos)@c双核壳复合材料。该步骤中，真空环境中进行干燥以去除其中的水分或其他挥发性成分。干燥完成后，通过碳化炉的真空高温对其表面多余的ep进行碳化消除，形成碳化层。

6、在步骤(1)中热处理是依次在490℃～510℃、540℃～560℃、590℃～610℃、640℃～660℃温度范围内对cocrfemnni高熵合金粉末进行高温氧化，持续时间分别为1-2天、2-3天、3-5天、14-21天。持续氧化过程中，使其表面附着一层氧化层形成第一核壳结构，确保cocrfemnni高熵合金粉末在氧化过程中不容易结块。

7、在步骤(2)中(cocrfemnni)3o4粉末与ep树脂和gr石墨烯的质量比为10-30：15-30：0.5-2。

8、在步骤(3)中在碳化过程中通入氮气使碳化炉中抽至真空100mpa以下，以50-150℃的升温速率达到790～810℃的碳化温度，保温3-6h，得到高熵氧化物(heos)@c双核壳材料。

9、在一些实施方案中，在步骤(3)中将(cocrfemnni)3o4/ep混合物置于真空恒温干燥箱中在45～50℃下干燥8-12h。将干燥完成的(cocrfemnni)3o4/ep混合物置于到碳化炉中对混合物表面多余的ep进行碳化消除。在碳化过程中通入氮气使碳化炉中抽至真空100mpa以下，以50-150℃的升温速率达到790～810℃的碳化温度，保温3-6h，保温期间(cocrfemnni)3o4粉末与ep树脂和gr石墨烯的质量比变化为10-30：1-4：0.5-2，ep质量损失80-95％。待炉温降至室温将其取出获得包覆碳壳。此时高熵氧化物(heos)@c双核壳材料制备完成。

10、本发明的另一技术方案是提供一种吸波线材，采用所述的方法制备得到的高熵氧化物(heos)@c双核壳复合材料与gr石墨烯及pla混合后经高温熔融挤出后形成复合线材、再经3d打印后得到吸波线材。

11、高熵氧化物(heos)@c双核壳复合材料、gr石墨烯、pla的质量比为19-25：1-8：67-80。

12、高温熔融挤出参数为温控一区145～155℃，温控二区145～135℃，温控三区135～130℃、水箱温度20～25℃、螺杆转速为20～25r/min、牵引变频速度为12～16r/min。

13、所述3d打印过程的参数为打印喷头采用0.4mm～0.6mm喷头尺寸，喷头温度为185℃～195℃，底板温度为60～75℃，打印速度为30～36mm/s，风扇转速为150～255r/min，打印层高0.1～0.2mm。

14、本发明的技术方案选择cocrfemnni原料为核材料，表面氧化层(cocrfemnni)3o4材料为第一层壳结构，ep碳化层为第二层壳结构包裹在一层壳外部。这可以通过高温氧化合成、机械混合搅拌、高温碳化包覆等方法来共同实现。确保外壳的厚度和形状经过优化，以最大程度地提高电磁波的多次吸收效率。

15、调整核壳结构的组分和形貌，以增强其电磁吸收性能。利用3d打印技术，制造吸波试样，能准确其形状和尺寸与应用需求相匹配。利用可降解的pla环保基体材料，以减少对环境的不良影响。

16、对制备的吸波试样进行微波性能测试，包括电磁参数、反射损耗、阻抗匹配、涡流损耗、衰减常数等。之后根据测试结果进行材料和结构的优化，以实现最佳的微波吸收性能。

17、本发明的技术构思是：采用纯度较高的复合材料可以避免杂质对吸波性能的影响。单一的石墨烯材料具有高电导率，但会导致与自由空间的阻抗不匹配。为了解决这个问题，可以添加磁性氧化物作为磁性介质，具有良好的磁饱和强度和磁损耗能力，以优化石墨烯的高电导率带来的阻抗失配。然而，过高的磁性能也会导致阻抗失配，因此需要平衡磁性氧化物的性能。通过降低磁导性能，使得复合材料的介电常数正切和磁导率正切趋近于无限接近。于是对cocrfemnni高熵合金粉末进行氧化处理，形成一层氧化层，然后通过构建一层碳壳来优化阻抗失配。磁性氧化物的添加不仅优化了阻抗匹配，还增加了多重磁损耗机制。此外，使用pla作为复合材料的基体材料可以提供良好的力学性能，使其适用于复杂外部条件的应用场景。最后，利用3d打印技术制备复杂的吸波器件具有优势，可以制造适应不同场合和军事设备防干扰需求的吸波结构体。

18、与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

19、本发明提供一种高熵氧化物(heos)@c双核壳复合材料的制备方法及其微波吸收性能。从阻抗匹配点出发，对各材料特性进行综合分析，设计一种双核壳复合材料优化阻抗匹配与增加损耗机制。所述复合材料具有良好的阻抗匹配、衰减常数和微结构，为电磁波提供了不同的通行反射空间。所述的复合材料具有优异的吸波性能，实例6在厚度为2.26mm，最小反射损耗为-50.19db，有效吸收带宽为5.20ghz。其次本方法结构简单，制备方法绿色环保，极大的提高了以往吸波材料强度、频宽不足及使用环境狭小的特点。