硫化钴铌/碳化二铌复合吸波材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了硫化钴铌/碳化二铌复合吸波材料及其制备方法和应用，属于微波信号屏蔽材料技术领域。本发明专利技术硫化钴铌/碳化二铌复合吸波材料以硫化钴铌作为负载物附着在作为载体的手风琴状形貌多层Nb2C的层间和表面，形成表面修饰的稳定多层多孔隙材料结构，具有高导电性和化学稳定性，并且，制备方法简单有效，工艺步骤少，可重复性及产品纯度高。以硫化钴铌/碳化二铌复合吸波材料为主料、二甲基亚砜和羟乙基纤维素作为助溶剂和增稠剂制得的微波信号屏蔽涂层浆料，具有化学稳定性好，电磁屏蔽效能高、应用场景广泛等优点。应用场景广泛等优点。应用场景广泛等优点。

【技术实现步骤摘要】
硫化钴铌/碳化二铌复合吸波材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于微波信号屏蔽材料
，具体涉及一种硫化钴铌/碳化二铌复合吸波材料以及制备方法和应用。

技术介绍

[0002]随着卫星通讯系统的大规模建设、移动通讯设备的快速普及和近场通信设备的迅猛发展，越来越多的信息将通过电磁波的形式传输。因此微波信号屏蔽材料技术应运而生，主要应用于抑制电子设备和元器件之间的微波信号干扰、军事目标抗雷达信号检测、保障数据安全与隐私以及保护人体免受电磁辐射影响等方面。电磁屏蔽材料要求材料本身具有对电磁波较好的吸收性能、较好的抗氧化能力以及可加工性。
[0003]目前，应用最为广泛的复合吸波材料为结构型复合吸波材料，主要为玻璃纤维或混纺织物基质材料中加入有铁氧体材料、陶瓷材料、碳材料或导电高聚物有机材料构成，这类材料普遍具有具机械强度高、可加工性强和吸波效果好等优点。然而，受制于玻璃纤维和有机织物的低电导率，这类材料在较薄的厚度下电磁屏蔽效能存在明显的衰减。因此，采用导电基质材料的涂覆型复合吸波材料应运而生，这类材料主要采用将吸收剂分散在具有特殊结构的基质中构成复合材料，因此在电导率方面有显著的提升，并且由于复合材料是通过涂覆的形式吸附在需要电磁屏蔽保护的器件表面，因此在适用性和轻薄度方面独具优势。
[0004]采用具有多层、多孔隙特征的过渡金属碳化物为吸波材料基质(如碳化钛)被证实会产生良好的电磁屏蔽效应。相较于传统的结构型复合吸波材料，其性能的提升归因于利于反射吸收的微纳结构和良好的化学稳定性；然而，受制于过渡金属碳化物粉材较差的电导率，该材料在应用于涂覆型复合吸波材料时往往趋肤深度过大，因此亟待通过改善其材料电导率提高电磁屏蔽效能。向多层和孔隙结构中引入高电导性的层间分散剂(如纳米金属)是一种提高复合材料电导率并改善吸波性能的方法。例如，专利CN 113784606A公开了一种碳化钛和钴镍合金复合吸波材料及其制备方法，将碳化钛和钴镍合金进行复合制备多元复合材料，通过改变钴镍合金的含量，获得了较好的电磁吸收性能；专利CN 110290691A公开了一种片层状MXene负载钴铁氧体的复合吸波材料，该复合吸波材料的钴铁氧体负载在片层状MXene的层间，使得复合材料更有利于与空间的阻抗匹配，表现出宽频强电磁波吸收特性。然而，这种方法也存在一定的技术缺陷。首先，多层碳化钛基质材料在空气中的稳定性较差，长效工作下涂层的寿命会受到影响；其次，多层碳化钛基质材料的电导率相对较低，应用于电磁屏蔽涂层时易影响电磁吸收性能；最后，钴镍或钴铁等纳米金属粒子存在明显的强磁特征，纳米粒子之间容易产生磁致团聚并积聚吸附空气中的带电灰尘，并且与金属碳化物的附着能力较差，同样不利于长效工作寿命的维持。相比之下，碳化二铌(Nb2C)不但具有更高的电导率，而且化学稳定性更强，在高湿度和高含氧量的环境下仍然能保持微观多层结构形貌和高电导率；此外，Co
‑
Nb二元过渡金属二硫化物不但具有优于纳米金属离子的电导率，更能避免磁致团聚造成的不利影响，提高材料的稳定性与电磁吸收性能。
[0005]碳化二铌(Nb2C)是一种多层的过渡金属碳化物材料，分子结构由两层Nb原子和一层C原子错位叠加构成了一种典型的六方晶系，被广泛应用于主要用在电催化、锂电池、光纤、激光器、储能和传感器等领域，在电磁屏蔽领域尚无研究先例。通常Nb2C是由其陶瓷前驱体碳化二铌铝(Nb2AlC)通过化学处理的方法得到的，受到合成过程中外界含氧环境的影响其表面通常存在大量的含氧官能团，这些官能团的存在赋予了Nb2C出色的亲水性。然而，Nb2C这类多层的材料在应用时容易受到层状结构的坍缩以及材料的氧化的影响，使用尺寸和性能合适的层间负载材料是个有效提高材料稳定性的方法，然而受制于层间距的大小，传统的纳米片、纳米管等二维、三维材料难以有效进入层间起到固定作用。
[0006]过渡金属二硫化物材料是一类化学性质稳定且易于合成的新型纳米材料，近年来已经被广泛用于大量半导体等复合材料中，相关的技术应用也得到了大量开发。然而过渡金属二硫化物在被应用于复合吸波材料时，普遍存在两点技术问题：一，受到半导体属性的影响，过渡金属二硫化物的本征电导率过小，因此需要采用掺杂或者引入晶体缺陷等手段增强电导性；二，过渡金属二硫化物往往以纳米片的形式存在，其径向尺寸过大因此难以引入纳米尺度孔隙的过渡金属碳化物的层间。
[0007]此外，目前广泛使用的电磁屏蔽吸波材料往往是板材、薄膜、布材，直接包裹在设备、导线、器件表面，存在散热、火灾等安全隐患，适用范围不大。此外，还存在着材料化学稳定性不强以及制备成本过高等问题，这些问题都阻碍了目前电磁屏蔽材料技术在军工与民用领域的应用。

技术实现思路

[0008]为解决上述现有技术中过滤金属碳化物多层材料应用为吸波材料中的载体存在附着能力差、稳定性不足和负载量低的问题，本专利技术的目的之一在于提供一种硫化钴铌/碳化二铌(Co
0.3
Nb
0.7
S2/Nb2C)复合吸波材料，以及提供一种将硫化钴铌(Co
0.3
Nb
0.7
S2)设计为尺寸和性能合适的负载物，并且使该负载物能够快速、密集、稳定进入并分布在Nb2C表面和层间的制备方法，制得的Co
0.3
Nb
0.7
S2/Nb2C复合吸波材料具有高导电性和优异电磁波吸收能力；另一目的在于提出了上述硫化钴铌/碳化二铌复合吸波材料应用于微波信号屏蔽涂层浆料的制备方法。
[0009]为达到上述目的，本专利技术提供了一种硫化钴铌/碳化二铌复合吸波材料，碳化二铌为手风琴状的分层结构，硫化钴铌为无定型晶体结构的纳米微粒，所述硫化钴铌晶体中的硫、钴和铌的原子个数比为2:0.3:0.7，作为负载物的硫化钴铌以层间原位生长方式附着在作为载体的碳化二铌的表面与层间。
[0010]所述碳化二铌晶粒直径为1000～1500nm，层数为50～100层；所述硫化钴铌的粒径为30～50nm。
[0011]上述硫化钴铌/碳化二铌复合吸波材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
[0012]步骤Ⅰ，对碳化二铌铝进行稀盐酸浸泡，取出沉淀经氢氟酸水溶液刻蚀处理，真空干燥得到碳化二铌粉末；
[0013]步骤Ⅱ，取十八胺加热搅拌加入三氯甲烷，搅拌混溶后加入硫代葡萄糖苷，震荡得到十八胺半溶解乳液；
[0014]步骤Ⅲ，取步骤Ⅰ的碳化二铌加入步骤Ⅱ的十八胺半溶解乳液，搅拌后先后加入四
氯化碳溶液和硫脲，经电磁搅拌陈化后，加入五氯化铌和二氯化钴，升温至280℃进行保温反应；
[0015]步骤Ⅳ，将反应完成后沉淀物进行清洗、溶解、离心处理，收集底层沉淀进行真空干燥，得到硫化钴铌/碳化二铌复合吸波材料。
[0016]进一步地，所述步骤Ⅰ中碳化二铌铝、稀盐酸、氢氟酸水溶液的质量比为1:(40～50):(50～60)；浸泡时间为8～12小时；刻蚀时间为20～30小时；真空干燥温度为50～60℃，真空本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种硫化钴铌/碳化二铌复合吸波材料，其特征在于，碳化二铌为手风琴状的分层结构，硫化钴铌为无定型晶体结构的纳米微粒，所述硫化钴铌晶体中的硫、钴和铌的原子个数比为2:0.3:0.7，作为负载物的硫化钴铌以层间原位生长方式附着在作为载体的碳化二铌的表面与层间。2.根据权利要求1所述的硫化钴铌/碳化二铌复合吸波材料，其特征在于，所述碳化二铌晶粒直径为1000～1500nm，层数为50～100层；所述硫化钴铌的粒径为30～50nm。3.权利要求1或2任一项所述的硫化钴铌/碳化二铌复合吸波材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤Ⅰ，对碳化二铌铝进行稀盐酸浸泡，取出沉淀经氢氟酸水溶液刻蚀处理，真空干燥得到碳化二铌粉末；步骤Ⅱ，取十八胺加热搅拌加入三氯甲烷，搅拌混溶后加入硫代葡萄糖苷，震荡得到十八胺半溶解乳液；步骤Ⅲ，取步骤Ⅰ的碳化二铌加入步骤Ⅱ的十八胺半溶解乳液，搅拌后先后加入四氯化碳溶液和硫脲，经电磁搅拌陈化后，加入五氯化铌和二氯化钴，升温至280℃进行保温反应；步骤Ⅳ，将反应完成后沉淀物进行清洗、溶解、离心处理，收集底层沉淀进行真空干燥，得到硫化钴铌/碳化二铌复合吸波材料。4.根据权利要求3所述的硫化钴铌/碳化二铌复合吸波材料的制备方法，其特征在于，所述步骤Ⅰ中碳化二铌铝、稀盐酸、氢氟酸水溶液的质量比为1:(40～50):(50～60)；浸泡时间为8～12小时；刻蚀时间为20～30小时；真空干燥温度为50～60℃，真空干燥时间为5～6小时。5.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：王振国，尹海宏，宋长青，王志亮，李宏伟，杨永杰，
申请(专利权)人：南通大学，
类型：发明
国别省市：