一种钴基MOF碳吸波材料的制备以及应用

本发明涉及电磁波吸收材料，具体涉及一种钴基mof碳吸波材料的制备以及应用。

背景技术：

1、从无线电广播到手机通讯再到卫星导航，电磁波的利用为人类的生活带来了巨大的便利，但同时冗余电磁波导致的电磁辐射也对人们的生活环境和身体健康产生了巨大的危害。一方面高频的电磁波会影响交通工具以及工厂机器的正常运作，另一方面，电磁辐射会攻击人体的免疫系统和神经系统，尤其是婴幼儿和儿童，他们处在生长发育阶段，细胞和组织都比较脆弱，低强度的电磁波就会诱导儿童白血病的发生，对身体造成严重的后果。在该背景下，能通过本身的吸波性能或构建特殊结构来吸收并耗散电磁波的微波吸收材料成为人们研究的一大方向。

2、传统的吸波材料诸如金属微粉、铁氧体、过渡金属氧化物及其硫化物和碳材料都展现出了优良的吸波性能，但单一组分的材料往往做不到全面的性能体现，即使它们的磁损耗性能优越，高密度大大限制了这些材料在实际生活和军事监测领域的应用发展。而传统的碳材料因其差的阻抗匹配和不佳的衰减常数，能够高效吸收的电磁波段较为狭窄。目前优良的吸波材料通常要有“薄、轻、宽、强”的性能表现，因此我们需要开发更有前途的复合材料。

3、金属有机框架(mof)是一类新型的配位化合物，具有典型的周期性以及网络结构，结构中主要包含有机配体以及金属节点，在实验当中控制合成过程中的配体比例以及温度条件就可以改变它的结构，这使得mof材料成为了备受欢迎的吸波材料前驱体。以金属有机框架的高温热解制备出的磁性吸波材料在实验中表现出良好的性能。因此本发明通过处理一种钴基mof材料达到了有效的吸波性能。

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钴基mof碳吸波材料的制备以及应用。

2、本发明采用的技术方案如下：

3、一种钴基mof碳吸波材料的制备方法，钴盐与柠檬酸通过水热反应得到金属有机框架utsa-16，然后在惰性气体保护下进行高温退火处理，即得到所述的钴基mof碳吸波材料。

4、进一步地，所述钴盐与柠檬酸的摩尔比是1:0.5-2，优选为1:1。

5、所述的一种钴基mof碳吸波材料的制备方法，具体包括以下步骤：

6、1)将钴盐溶于水中，形成溶液a；

7、2)将柠檬酸溶于乙醇-水溶剂中，同时加入强碱中和溶液的ph酸值，形成溶液b；

8、3)在搅拌下将溶液a逐滴缓慢加入溶液b中，所得混合液转移至具有聚四氟乙烯内衬的反应釜中，并在聚四氟乙烯内衬中设置隔板将其内部空间均分为3-10个小空间，将反应釜密闭并转移至烘箱中，进行水热反应；反应结束后离心收集固体，洗涤、干燥，即得utsa-16晶体；

9、4)充分干燥的utsa-16晶体送入管式炉当中，在惰性气体保护下高温退火处理，即得到所述的钴基mof碳吸波材料。

10、进一步地，步骤1)中，溶液a中钴盐浓度是0.1-1mmol/ml，优选为0.4-0.5mmol/l。

11、进一步地，步骤2)中，乙醇-水的体积比是0.5-2.5:1，强碱是koh，强碱与柠檬酸的摩尔比是2-4:1，优选为3:1，溶液b中柠檬酸的浓度是0.1-1mmol/ml，优选为0.25-0.4mmol/l。

12、进一步地，步骤3)中，水热反应的温度是100-130℃，优选为110-120℃，水热反应的时间是24-60h，优选为40-48h。

13、进一步地，步骤4)中，惰性气体是氮气，高温退火的操作是：以1℃/min-10℃/min的加热速率升温至600-800℃，再保温2-3h，再以1℃/min-10℃/min的速率降温至室温。

14、进一步地，加热速率是4-5℃/min，保温温度是650-700℃，降温速率是2-3℃/min。

15、本发明还提供了所述的一种钴基mof碳吸波材料在微波吸收中的应用。

16、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

17、1、本发明制备得到的co基mof碳衍生吸波材料具有优异的电磁波吸收性能。经过微观分析和理论推测，该材料的吸波机制以介电损耗为主，在退火过程中，生成金属纳米颗粒复合碳基材料的多重界面和孔道诱发了界面弛豫效应，在外加电场作用下，该材料的界面弛豫是电磁波吸收的一大机制。

18、2、本发明制备得到的co基mof碳衍生吸波材料在退火后形成的微观金属co颗粒、石墨碳和无定形碳之间形成了丰富的异质界面和表面缺陷，进一步强化了偶极极化，为介电损耗做出极大贡献。

19、3、本发明制备得到的co基mof碳衍生吸波材料在退火后形成碳骨架以及暴露的co金属提供了较大的电导损耗，且材料较轻，在室温下的密度为0.1356mg·mmol-1。综上该材料在在退火温度为700℃，匹配厚度为4mm的条件下，最小rl值达到了-30.2db。

20、4、本发明采用的utsa-16前驱体以廉价低毒性的水和乙醇为溶剂制备，制备过程绿色环保，且在本次实验中使用“十”字聚四氟乙烯板穿插聚四氟乙烯内胆中，增加了晶核的生成位点，对产率提升有着巨大帮助。以此类推，通过增大反应釜的表面积，极有前景应用于工业化大量合成。

技术特征：

1.一种钴基mof碳吸波材料的制备方法，其特征在于钴盐与柠檬酸通过水热反应得到金属有机框架utsa-16，然后在惰性气体保护下进行高温退火处理，即得到所述的钴基mof碳吸波材料。

2.如权利要求1所述的一种钴基mof碳吸波材料的制备方法，其特征在于所述钴盐与柠檬酸的摩尔比是1:0.5-2，优选为1:1。

3.如权利要求1所述的一种钴基mof碳吸波材料的制备方法，其特征在于具体包括以下步骤：

4.如权利要求3所述的一种钴基mof碳吸波材料的制备方法，其特征在于步骤1）中，溶液a中钴盐浓度是0.1-1mmol/ml，优选为0.4-0.5mmol/l。

5.如权利要求3所述的一种钴基mof碳吸波材料的制备方法，其特征在于步骤2）中，乙醇-水的体积比是0.5-2.5:1，强碱是koh，强碱与柠檬酸的摩尔比是2-4:1，优选为3:1，溶液b中柠檬酸的浓度是0.1-1 mmol/ml，优选为0.25-0.4 mmol/l。

6.如权利要求3所述的一种钴基mof碳吸波材料的制备方法，其特征在于步骤3）中，水热反应的温度是100-130℃，优选为110-120℃，水热反应的时间是24-60 h，优选为40-48h。

7.如权利要求3所述的一种钴基mof碳吸波材料的制备方法，其特征在于步骤4）中，惰性气体是氮气，高温退火的操作是：以1℃/min-10℃/min的加热速率升温至600-800℃，再保温2-3 h，再以1℃/min-10℃/min的速率降温至室温。

8.如权利要求7所述的一种钴基mof碳吸波材料的制备方法，其特征在于加热速率是4-5 ℃/min，保温温度是650-700 ℃，降温速率是2-3 ℃/min。

9.如权利要求1-8任一所述方法制备的一种钴基mof碳吸波材料。

10.如权利要求9所述的一种钴基mof碳吸波材料在微波吸收中的应用。

技术总结本发明公开了一种钴基MOF碳吸波材料的制备以及应用，所述钴基MOF碳吸波材料的制备方法是，将钴盐与柠檬酸通过水热反应得到金属有机框架UTSA‑16，然后以不同的退火温度制备了一类钴基MOF碳吸波材料。本发明在退火温度为700℃，匹配厚度为4 mm的条件下，所述钴基MOF碳吸波材料的最小RL值达到了‑30.2 dB。本发明具体探究了金属有机框架UTSA‑16（Co）作为吸波材料前驱体的吸波性能，该材料的制备工艺简单，成本低廉，在电磁波吸收和雷达隐身方面有一定的应用前景。技术研发人员：戴天悦,胡军,李祖光,梁初,温慧敏,黄志涵,毛松元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：2024/10/10