一种八元高熵合金纳米颗粒/石墨烯复合型电磁波吸收材料及其制备方法

本发明属于电磁波吸收材料的，具体地说，涉及一种八元高熵合金纳米颗粒/石墨烯复合型电磁波吸收材料及其制备方法。

背景技术：

1、电子信息技术的快速发展极大地便利了人们生活，改变了人类的生活方式，而由此产生的电磁污染成为亟待解决的问题，从而促进了电磁波吸收材料的蓬勃发展。高熵合金是一种由五种以上金属组成的多主元合金，其依赖于广阔的组合空间，在探索新领域方面具有广阔的前景。因此，复合多种磁性元素的高熵合金因其具有优异的磁损耗特性而成为解决当前电磁污染问题的重要研究对象。

2、高熵合金的制备对其性能研究和应用探索至关重要。为此，中国专利cn116426781 a采用低温快速烧结法制备微米级的片状高熵合金粉末。中国专利201910028042.9采用气雾化法制备高熵合金粉末，其平均粒径为几十微米。中国专利cn114807712a采用球磨和烧结方法制备微米尺度的高熵合金。然而，材料的尺寸密切影响其电磁性能，上述制备方法获得的高熵合金颗粒厚度大于ghz频段的趋肤深度，导致涡流损耗现象严重。因此，制备高熵合金纳米颗粒成为改善其磁损耗性能的有效途径。此外，面对介电损耗的需求，单一磁损耗能力将受到限制。因此，将高熵合金与介电材料集成从而制备兼具电磁损耗特性的复合型电磁波吸收材料尤为关键。

3、碳材料因其优异的介电损耗成为复合型吸波材料重要组成部分之一。近年来，美国马里兰大学胡良兵团队(science 359.6383(2018):1489-1494)采用碳热冲击法合成了碳负载高熵合金纳米颗粒复合材料，具体是将各种金属盐前驱体均匀分散在导电碳载体上，采用电脉冲对金属盐进行高温冲击热解，将各种金属原子进行聚合，最终各种金属元素相互混溶并迅速“冻结”稳定于碳载体上。然而，该制备过程较为复杂，且制备专用设备价格昂贵，难以大规模生产和应用。为此，中国专利cn 111761074 b采用高温还原金属络合物聚合前驱体制备多组分的碳负载高熵合金纳米颗粒复合材料，但其采用的多种硝酸盐属于危险化学药品，制备过程安全系数较低。

技术实现思路

1、本发明要解决高熵合金介电损耗较差的问题；提供了一种八元高熵合金纳米颗粒/石墨烯复合型电磁波吸收材料及其制备方法。本发明制备具有多种组元的高熵合金纳米颗粒/石墨烯复合材料可以同时实现电磁损耗性能。本发明制备过程操作简单便利，设备要求低，成本低廉，原料安全易获取。

2、为了弥补现有制备技术存在的不足，以及实现高熵合金纳米颗粒在电磁功能领域的应用，本发明提供了一种八元高熵合金纳米颗粒/石墨烯复合型电磁波吸收材料及其制备方法。

3、本发明借助碳热还原策略，合成了一种由八元高熵合金纳米颗粒和石墨烯片组成的复合型电磁波吸收材料。本发明是将石墨烯上的金属阳离子还原成金属单质并聚合成单个纳米颗粒，并稳定锚定于石墨烯表面。凭借高熵合金纳米颗粒的磁损耗特性和石墨烯提供的介电损耗性能协同作用，复合材料具有良好的电磁波吸收性能。

4、为了实现上述技术问题，本发明采取了以下的技术方案：

5、本发明的目的在于提供一种八元高熵合金纳米颗粒/石墨烯复合型电磁吸波材料，所述电磁吸波材料是高熵合金纳米颗粒晶体锚定于石墨烯表面；其中，高熵合金纳米颗粒的晶体结构为固溶体面心立方结构，是由钴、镍、铜、铁、锰、铅、镁和铝元素组成，每种元素的原子成分占比为1％-10％。

6、进一步地限定，八元高熵合金纳米颗粒的粒径主要集中于100nm-200nm，并稳定负载于石墨烯薄膜上。

7、上述八元高熵合金纳米颗粒/石墨烯复合型电磁吸波材料的制备方法，具体是通过下述步骤实现的：

8、步骤1、将片状氧化石墨烯超声分散于乙二醇中；

9、步骤2、将钴、镍、铜、铁、锰、铅、镁和铝的乙酸盐加入乙二醇中，超声至完全溶解；

10、步骤3、将步骤1和2获得溶液混合，激烈搅拌至均匀，在剧烈搅拌、一定温度下冷凝回流，反应完毕后自然冷却至室温；

11、步骤4、然后离心，沉淀物用无水乙醇洗涤，直至上层为透明清液为止，真空干燥；

12、步骤5、然后惰性气体保护下分阶段烧结，得到所述电磁吸波材料。

13、进一步地限定，步骤1中，将1mg-5mg的片状氧化石墨烯超声分散于100ml-150ml的乙二醇中。

14、更进一步地限定，步骤2中，分别取物质的量为0.01mol的co(oac)2·4h2o、ni(oac)2·4h2o、cu(oac)2·h2o、fe(oh)(oac)2·nh2o、mn(oac)3·2h2o、pb(oac)2·3h2o、mg(oac)2·4h2o、al(oh)(oac)2·2h2o，置于30ml-70ml乙二醇中。

15、进一步地限定，步骤3中，反应温度为160℃-180℃，时间为2h-4h。

16、进一步地限定，步骤3中，，激烈搅拌的速率为100rpm～400rpm，在剧烈搅拌的速率为100rpm～400rpm。

17、进一步地限定，步骤4中，在60℃-80℃下真空干燥10h-16h。

18、进一步地限定，步骤4中，以6000rpm～10000rpm的转速离心。

19、进一步地限定，步骤5中，惰性气体为氩气。

20、进一步地限定，分阶段烧结过程：首先以1℃/min-3℃/min的升温速率加热至900℃，随后以5℃/min-8℃/min的加热速率升温至1100℃-1400℃，保温20min-60min，随后以5℃/min-8℃/min的冷却速率降温至900℃，最后冷却至室温。

21、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

22、本发明的八元高熵合金纳米颗粒的混合熵大于等于17.625j/mol/k。

23、本发明合成一种由高熵合金纳米颗粒和石墨烯组成的复合型电磁波吸收材料，其中高熵合金提供磁损耗性能，石墨烯发挥介电损耗特性，从而共同提高电磁波吸收性能。

24、本发明合成的高熵合金粒径为纳米量级，能够有效削弱趋肤效应，降低涡流损耗，提高材料利用率。

25、本发明制备流程操作简单，设备要求较低，成本低廉，生产原料安全系数高。

26、为了能够更进一步了解本发明的特征及技术内容，请参阅以下有关本发明详细说明与附图，然而所附的附图仅提供参考和说明之用，并非用来对本发明加以限制。

技术特征：

1.一种八元高熵合金纳米颗粒/石墨烯复合型电磁波吸收材料，其特征在于所述电磁波吸收材料是高熵合金纳米颗粒锚定于石墨烯表面；其中，高熵合金纳米颗粒的晶体结构为固溶体面心立方结构，是由钴、镍、铜、铁、锰、铅、镁和铝元素组成，每种元素的原子成分占比为1％-10％。

2.根据权利要求1所述的电磁吸波材料，其特征在于，高熵合金纳米颗粒的粒径主要集中于100nm-200nm。

3.如权利要求1或2所述的电磁吸波材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

4.根据权利要求3所述方法，其特征在于，将1mg-5mg的片状氧化石墨烯超声分散于100ml-150ml的乙二醇中。

5.根据权利要求4所述方法，其特征在于，分别取物质的量为0.01mol的co(oac)2·4h2o、ni(oac)2·4h2o、cu(oac)2·h2o、fe(oh)(oac)2·nh2o、mn(oac)3·2h2o、pb(oac)2·3h2o、mg(oac)2·4h2o、al(oh)(oac)2·2h2o，置于30ml-70ml乙二醇中。

6.根据权利要求3所述方法，其特征在于，步骤3中，反应温度为160℃-180℃，时间为2h-4h。

7.根据权利要求3所述方法，其特征在于，激烈搅拌的速率为100rpm～400rpm，在剧烈搅拌的速率为100rpm～400rpm。

8.根据权利要求3所述方法，其特征在于，步骤4中，在60℃-80℃下真空干燥10h-16h；以6000rpm～10000rpm的转速离心。

9.根据权利要求3所述方法，其特征在于，步骤5中，惰性气体为氩气。

10.根据权利要求3所述方法，其特征在于，分阶段烧结过程：首先以1℃/min-3℃/min的升温速率加热至900℃，随后以5℃/min-8℃/min的加热速率升温至1100℃-1400℃，保温20min-60min，随后以5℃/min-8℃/min的冷却速率降温至900℃，最后冷却至室温。

技术总结本发明公开了一种八元高熵合金纳米颗粒/石墨烯复合型电磁吸波材料及其制备方法，属于电磁波吸收材料领域。本发明要解决高熵合金介电损耗较差的问题。本发明方法包括以下步骤：步骤1、将片状氧化石墨烯超声分散于乙二醇中；步骤2、将钴、镍、铜、铁、锰、铅、镁和铝的乙酸盐加入乙二醇中，超声至完全溶解；步骤3、将步骤1和2获得溶液混合，激烈搅拌至均匀，在剧烈搅拌、一定温度下冷凝回流，反应完毕后自然冷却至室温；步骤4、然后离心，沉淀物用无水乙醇洗涤，直至上层为透明清液为止，真空干燥；步骤5、然后惰性气体保护下分阶段烧结，得到所述电磁吸波材料。本发明制备流程操作简单，设备要求较低，成本低廉，生产原料安全系数高。技术研发人员：雨田,肖晓灵,曾昱霖,周子靖,张政宇,李均,周忠祥受保护的技术使用者：哈尔滨工业大学技术研发日：技术公布日：2024/10/10