一种壳聚糖气凝胶/MOF衍生的ZnO/C多孔介电吸波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zno/c多孔介电吸波材料及其制备方法和应用。

背景技术：

1、随着电磁波在通信、雷达和电子设备中的广泛应用，设计和开发具有优异电磁波吸收性能的材料变得至关重要。传统的电磁波吸收材料往往存在重量大、性能不稳定等问题，因此迫切需要寻找新型的轻质、高效的吸波材料。近年来，mofs和壳聚糖气凝胶作为新型吸波材料备受研究者关注。mofs由于其高度可调控的结构，可以通过合成设计实现对电磁波频率的选择性吸收，从而提高吸收效率。与此同时，壳聚糖气凝胶由于其低密度和多孔性质，能够有效地降低整体材料的密度，并提高电磁波的多次散射，增强吸波性能。因此，将mofs和壳聚糖气凝胶结合应用于电磁波吸收成为一种有前景的研究方向。综上所述，金属-有机框架和壳聚糖气凝胶的结合为设计开发轻质、高效的电磁波吸收材料提供了新的思路和方法。这一结合将充分发挥两者各自的优势，为解决传统吸波材料存在的问题，推动电磁波吸收材料领域的研究和应用提供了有力的支持。

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

2、/mof衍生的zno/c多孔介电吸波材料及其制备方法和应用。本申请一种壳聚糖气凝胶/mof衍生的zno/c多孔介电吸波材料，通过使用原位生长的方法，使mof更加均匀和牢固的分散在壳聚糖气凝胶基底上，利用锌高温易升华使材料产生大量且均匀的孔洞，降低了材料的密度，增加了材料的介电损耗。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。本发明以水为为溶剂，

3、制备工艺简单，较为节能环保，并且所用药品价格低廉，可实现较大规模的生产。

4、为解决上述技术问题，本发明采用了如下技术方案：

5、一种壳聚糖气凝胶/mof衍生的zno/c多孔介电吸波材料的制备方法，包括以下步骤：

6、1)首先在常温下将壳聚糖分散到乙酸溶液中，剧烈搅拌，使壳聚糖完全溶解、溶液澄清之后(加入乙酸的目的是为了和壳聚糖反应获得呈粘稠状壳聚糖水凝胶。壳聚糖在酸性条件下水解会使糖苷键断裂，生成低相对分子质量的壳聚糖)，加入锌盐继续搅拌直到其完全溶解；然后，将上述分散液滴加到naoh水溶液中搅拌以获得圆珠状壳聚糖/氢氧化锌复合材料(由于zif-8需要在中性的溶液中合成，在酸性条件下易分解。naoh加入的目的是利用壳聚糖在碱性溶液中的不溶性，获得壳聚糖/氢氧化锌复合材料，为后续合成提供良好的条件)；然后在室温下静置固化，使体系中的锌离子全部生成氢氧化锌珠状固体，之后过滤，所得固体用去离子水洗涤，得到的物质记为a物质；

7、2)将咪唑类化合物用水溶解，得到咪唑类化合物水溶液，记为b溶液；

8、3)将制备的a物质浸入b溶液中，室温搅拌，a物质在水溶液中释放锌离子和配体咪唑类化合物反应使原位生长得到白色壳聚糖/zif-8复合材料，用去离子水洗涤，并在真空条件下冷冻干燥，得到壳聚糖/zif-8复合材料样品；

9、4)待干燥结束，在惰性气氛下将壳聚糖/zif-8复合材料样品进行煅烧处理，获得轻质的壳聚糖气凝胶/mof衍生的zno/c多孔介电吸波材料。

10、进一步地，步骤1)中所述乙酸水溶液的体积分数是4～6％。

11、进一步地，步骤1)中壳聚糖粉末加入至乙酸水溶液中的浓度是20～40mg/ml，优选为30-35mg/ml；锌盐加入到乙酸水溶液中的浓度是0.075～0.2mol/l，优选为0.15～0.2mol/l。

12、进一步地，步骤1)中naoh水溶液的质量浓度是3～5％，naoh水溶液的体积是乙酸溶液体积的6～10倍，优选为7～8倍。

13、进一步地，步骤1)中固化时间为6～24h，优选为8～12h。

14、进一步地，步骤2)中咪唑类化合物水溶液的浓度是0.1～0.2g/ml，优选为0.14～0.15g/ml，咪唑类化合物与步骤1)中锌盐的摩尔比为20～55:1，优选为25-30:1。所述咪唑类化合物为2-甲基咪唑。

15、进一步地，步骤3)中所述室温搅拌时间为6～12h，优选8～10h。

16、进一步地，步骤4)中，煅烧是在氮气或者氮气气氛下进行，煅烧温度是700～950℃，优选为900℃，煅烧时间是2～4h。

17、本发明所述的一种壳聚糖气凝胶/mof衍生的zno/c多孔介电吸波材料的应用，所述材料用于吸收2～18ghz频率范围内电磁波。

18、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

19、1)本发明在常温下通过原位生长的方法制备壳聚糖气凝胶/mof衍生的zno/c多孔介电吸波材料，使mof更加均匀和牢固的分散在壳聚糖气凝胶基底上，利用锌高温易升华使材料产生大量且均匀的孔洞，降低了材料的密度，提高了材料的阻抗匹配。本发明以水为为溶剂，制备工艺简单，较为节能环保，并且所用药品价格低廉，可实现较大规模的生产。

20、2)本发明制备的一种常温下通过原位生长的方法制备壳聚糖气凝胶/mof衍生的zno/c多孔介电吸波材料中，mof衍生物与壳聚糖碳气凝胶均匀分布有利于形成更加均匀的孔洞，提升材料的比表面积，同时mof衍生的碳与壳聚糖碳气凝胶中两种不同的碳层为多重散射提供丰富的异质界面，引起界面极化损耗；壳聚糖和二甲基咪唑中存在大量氮元素，可以提供丰富的氮源作为极化中心原子，增加材料的极化损耗；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。由于多重损耗机制的叠加作用，提高了电磁波损耗能力，在20wt％填料负载，频率为5.92ghz下,最低反射损耗rlmin＝–63.87db，实现了超过99.9999％的电磁波吸收。

21、3)本发明制备的一种常温下通过原位生长的方法制备壳聚糖气凝胶/mof衍生的zno/c多孔介电吸波材料中，锌高温升华产生大量且均匀的孔洞，得到的mof和壳聚糖衍生的碳包覆层更加轻质多孔，大大降低了材料的填充量，实现“轻”的目标，并且增加了电磁波的反射路径，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zno/c多孔介电吸波材料的制备方法，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zno/c多孔介电吸波材料的制备方法，其特征在于步骤1）中所述乙酸水溶液的体积分数是4～6%。

3.如权利要求1所述的一种壳聚糖气凝胶/mof衍生的zno/c多孔介电吸波材料的制备方法，其特征在于步骤1）中壳聚糖粉末加入至乙酸水溶液中的浓度是20～40 mg/ml，优选为30-35 mg/ml；锌盐加入到乙酸水溶液中的浓度是0.075～0.2 mol/l，优选为0.15～0.2mol/l。

4.如权利要求1所述的一种壳聚糖气凝胶/mof衍生的zno/c多孔介电吸波材料的制备方法，其特征在于步骤1）中naoh水溶液的质量浓度是3-5%，naoh水溶液的体积是乙酸溶液体积的6-10倍，优选为7-8倍。

5.如权利要求1所述的一种壳聚糖气凝胶/mof衍生的zno/c多孔介电吸波材料的制备方法，其特征在于步骤1）中固化时间为6～24 h，优选为8～12 h。

6.如权利要求1所述的一种壳聚糖气凝胶/mof衍生的zno/c多孔介电吸波材料的制备方法，其特征在于步骤2）中咪唑类化合物水溶液的浓度是0.1-0.2g/ml，优选为0.14-0.15g/ml，咪唑类化合物与步骤1）中锌盐的摩尔比为20-55:1，优选为25-30:1；所述咪唑类化合物为2-甲基咪唑。

7.如权利要求1所述的一种壳聚糖气凝胶/mof衍生的zno/c多孔介电吸波材料的制备方法，其特征在于步骤3）中所述室温搅拌时间为6～12 h，优选8～10 h。

8.如权利要求1所述的一种壳聚糖气凝胶/mof衍生的zno/c多孔介电吸波材料的制备方法，其特征在于步骤4）中，煅烧是在氮气或者氮气气氛下进行，煅烧温度是700～950 ℃，优选为900 ℃，煅烧时间是2～4 h。

9.如权利要求1-8任一所述方法制备的一种壳聚糖气凝胶/mof衍生的zno/c多孔介电吸波材料。

10.如权利要求9所述一种壳聚糖气凝胶/mof衍生的zno/c多孔介电吸波材料的应用，其特征在于所述材料用于吸收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ZnO/C多孔介电吸波材料及其制备方法和应用，本发明吸波材料的制备方法为：壳聚糖完全溶解到乙酸溶液中之后，加入锌盐搅拌，然后加入到NaOH溶液中，获得壳聚糖/氢氧化锌复合材料。将获得的材料固化，去离子水洗涤，得到的物质浸入到咪唑类化合物水溶液中，室温搅拌得到壳聚糖/ZIF‑8复合材料，洗涤、干燥，然后在惰性气氛下煅烧处理，即得目标产物。本申请通过使用原位生长的方法，使MOF更加均匀和牢固的分散在壳聚糖气凝胶基底上，利用锌高温易升华使材料产生大量且均匀的孔洞，降低了材料的密度，增加了材料的介电损耗。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。技术研发人员：胡军,陈太平,温慧敏,李孟荷,何畅,黄志涵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：2024/6/11