一种采用层状镍钴双金属氢氧化物/硅藻土复合材料吸收电磁波的方法

1.本发明属于电磁波吸收领域，具体涉及一种采用层状镍钴双金属氢氧化物/硅藻土复合材料吸收电磁波的方法。


背景技术：

2.随着现代科学技术的发展，各种电气电子设备层出不穷，在为人类带来巨大便利的同时，也埋下了电磁污染的隐患。电磁污染是继水污染、大气污染、噪声污染的又一大新的污染，其危害性大，难以防护，对人类的健康、生产、生活环境的影响日益增大。
3.在电磁波的辐射下，人体的组织发热，温度升高，引起体内的蛋白质、酶及器官的结构性损伤，无法正常运转。与此同时，电磁波的辐射会使人体的基因突变机率增大，容易导致基因畸形突变，诱发肿瘤等疾病。由此可见，电磁污染对人类健康的威胁是巨大的。
4.电磁污染对人类的生产、生活环境的影响也不可忽视。目前电子设备已经深入人们的生产生活中。而电磁污染是电子设备的一大“天敌”。在机场，手机、电脑等电子设备发出的电磁脉冲容易干扰飞机的天线、传感器等敏感设备的正常工作，机场航班因电磁波干扰无法起飞而误点。在医院，移动电话常会干扰各种电子诊疗仪器的正常工作，对部分高灵敏度医疗设备也会产生较大影响。
5.电磁波不仅在民用领域受到了极大关注，军事领域更是备受关注。现代战争，随着探测技术的不断发展，兵器的生存问题面临着重大挑战。当前探测技术以电磁波探测为主，通过物体对电磁波的反射确定物体的方位，从而精确拦截与打击。如何能有效地躲避敌方雷达的探测而进行精准打击，实现战斗装备的隐身，提高在战场上生存能力，已成为影响现代化战争的一个重要因素。美国在海湾战争采用当时世界最先进的许多军事技术，其中隐身战机的表现令世界各国所震惊，隐身技术也逐渐成为世界各国军事领域的研究热点。由此可见，吸波材料的研究与应用对民用防辐射抗干扰领域和军事隐身技术的发展具有重要意义。
6.因此，寻找一种能抵挡并削弱电磁波辐射的材料即吸波材料，已成为材料科学的一大课题。
7.吸波材料一般由吸波剂和透波材料两类材料构成。透波材料作为吸波材料的基体，为电磁波的传输提供通道，吸波剂主要吸收电磁波。吸波剂是吸波材料的核心，为满足吸波材料“薄、轻、宽、强”等性能的要求，吸收剂的研究正在向高效化、复合化、兼容化和智能化方向发展。目前吸收剂的研究主要集中在碳系吸波材料、导电聚合物吸波材料、手性吸波材料、铁氧体等方向。
8.碳系吸波材料中碳纳米管、石墨烯研究最为广泛。碳纳米管质轻、兼容性好、吸波频带宽，但由于其较高的介电常数，不易与空气达到阻抗匹配，石墨烯介电损耗高、密度低，但也由于较高的介电常数导致阻抗匹配差，可以通过调整介电常数以调节与空气的阻抗匹配程度。导电聚苯胺是导电聚合物吸波材料中研究最为广泛的，其热稳定性、易掺杂、导电
性好，但传统的聚苯胺不带有磁性，需要通过改变形貌来调整磁导率，实现与空气的阻抗匹配程度的调节。手性吸波材料的研究主要为手性聚苯胺、螺旋炭纤维，手性吸波材料也存在与空气阻抗匹配的问题，手性吸波材料可通过调整手性参数实现材料和大气的阻抗匹配程度的调节。
9.针对于现有吸波剂存在的阻抗不匹配的缺点，通过改变电磁参数可以改善，但改善的同时又会使得电磁波吸收性能下降，两者较为矛盾。通过和具有良好透波性能的材料复合，可以在吸收性能不发生较大的波动情况下，利用透波材料来实现阻抗尽量匹配。但目前鲜有过相关技术方面的报道。
10.为了解决以上问题，提出本发明。


技术实现要素：

11.本发明提供了一种采用层状镍钴双金属氢氧化物/硅藻土复合材料吸收电磁波的方法，该复合材料以硅藻土为载体，负载层状镍钴双金属氢氧化物，其制备方法包括以下步骤：
12.将硅藻土与硝酸镍、硝酸钴、尿素、氟化铵按照(60mg-80mg):(250.7-271.5)mg:(75.6-96.3)mg:(420-442)mg:(360-380)mg的比例在(60-80)ml去离子水中混合均匀后移入聚四氟乙烯反应釜中，在110-130℃和自生压力下进行水热反应8-14h后制得。
13.优选地，所述硅藻土与硝酸镍、硝酸钴、尿素、氟化铵的比例为70mg:261.7mg:87.3mg:432mg:370mg，所述去离子水的用量为70ml。
14.优选地，在水热反应进行之前，还包括在搅拌的条件下，将硅藻土分散在硝酸镍、硝酸钴、尿素、氟化铵与去离子水的混合溶液中的步骤。
15.所述搅拌的方法没有特殊限制，采用本领域技术人员熟知的机械搅拌或者人工搅拌的技术方案均可，目的是使硅藻土在硝酸镍、硝酸钴、尿素、氟化铵与去离子水的混合溶液中分散均匀。优选地，所述搅拌时间为10min。
16.优选地，所述水热反应是在聚四氟乙烯反应釜中进行，反应温度为120℃，反应的时间为12h。
17.优选地，所述水热反应完成后，还包括将反应后的产物依次进行洗涤和干燥，得到固体产物的步骤。所述洗涤采用水和乙醇洗涤，干燥的温度为60-80℃。
18.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
19.(1)sio2具有良好的透波性能，能让尽量多的电磁波进入材料内部，同时结构较为稳定，是基体材料的较好选择。硅藻土主要成分为sio2，具有良好透波性能，同时由于硅藻土是一种三维多孔材料，具有丰富的孔隙结构，可以有效降低复介电常数，从而有利于阻抗匹配，让更多的电磁波进入材料内部。同时，硅藻土的多孔结构和内部空腔可以实现电磁波的多级反射，增加电磁波在材料内部的反射损耗。因此，硅藻土是一种具有较大优势的基体材料。
20.而层状双金属氢氧化物(ldh)的高比表面积和丰富的内层界面的特点为实现入射电磁波最大程度衰减提供有利的条件，并且ldh电导率较低，容易实现阻抗匹配条件，但ldh容易团聚。本发明制备的层状镍钴双金属氢氧化物/硅藻土复合材料以硅藻土为载体，成功负载层状镍钴双金属氢氧化物，负载的纳米颗粒尺寸均匀可控、形貌一致。通过将层状镍钴
双金属氢氧化物负载在硅藻土上可以有效解决层状镍钴双金属氢氧化物容易团聚的缺陷，又可以通过发挥层状镍钴双金属氢氧化物和硅藻土的协同作用，提升复合材料的吸波性能。
21.(2)本发明提供的层状镍钴双金属氢氧化物/硅藻土复合材料在2～18ghz的最小反射损耗为-14.95db(优于石墨烯的最小反射损耗-5db)，有效吸收带宽(反射损耗小于-10db的频率范围)最大可达6.4ghz(优于碳纳米管的有效吸收带宽3ghz)。
22.(3)本发明提供的层状镍钴双金属氢氧化物/硅藻土复合材料既解决了现有许多吸波剂存在的阻抗不匹配的缺陷，又具有良好的吸波性能，在电磁波吸收领域的应用推广具有较大的前景。
23.(4)本发明的层状镍钴双金属氢氧化物/硅藻土复合材料的制备方法简单，非常适合工业化生产。
附图说明
24.图1为本发明实施例1制备的层状镍钴双金属氢氧化物/硅藻土复合材料的xrd图。
25.图2为本发明实施例1制备的层状镍钴双金属氢氧化物/硅藻土复合材料在低倍率时的扫描电镜图。
26.图3为本发明实施例1制备的层状镍钴双金属氢氧化物/硅藻土复合材料在高倍率时的扫描电镜图。
27.图4为本发明实施例1制备的层状镍钴双金属氢氧化物/硅藻土复合材料掺量在20％时的电磁参数图。
28.图5为本发明实施例1制备的层状镍钴双金属氢氧化物/硅藻土复合材料掺量在20％反射损耗的三维表示图，反映了复合材料的吸波性能。
29.图6为本发明对比实施例1制备的层状镍钴双金属氢氧化物的xrd图。
30.图7为本发明对比实施例1制备的层状镍钴双金属氢氧化物在低倍率时的扫描电镜图。
31.图8为本发明对比实施例1制备的层状镍钴双金属氢氧化物在高倍率时的扫描电镜图。
32.图9为本发明对比实施例1制备的层状镍钴双金属氢氧化物掺量在20％时的电磁参数图。
33.图10为本发明对比实施例1制备的层状镍钴双金属氢氧化物掺量在20％反射损耗的三维表示图，反映了该材料的吸波性能。
具体实施方式
34.实施例1
35.将硅藻土与硝酸镍、硝酸钴、尿素、氟化铵按照70mg:261.7mg:87.3mg:432mg:370mg的比例，在70ml去离子水中采用磁力搅拌器搅拌10min，混合均匀后移入聚四氟乙烯反应釜中，在120℃下进行水热反应12h，自然冷却至室温；反应结束后，收集反应产生的固体产物，用水和乙醇清洗，再在60℃下干燥，得到层状镍钴双金属氢氧化物/硅藻土复合材料。
36.采用x射线衍射仪器对得到的层状镍钴双金属氢氧化物/硅藻土复合材料进行xrd分析，表征结果如图1所示。得到层状镍钴双金属氢氧化物/硅藻土复合材料的扫描电镜图如图2和图3所示。其中，图2为该复合材料在低倍率时的扫描电镜图，图3为该复合材料在高倍率时的扫描电镜图。由此可知，本发明制备的层状镍钴双金属氢氧化物/硅藻土复合材料以硅藻土为载体，成功负载层状镍钴双金属氢氧化物，负载的纳米颗粒尺寸均匀可控、形貌一致。
37.采用矢量网络分析仪(pna-l，n5234a，agilent)同轴法测试所得到的层状镍钴双金属氢氧化物的电磁参数并计算吸波性能，测试结果如图4和图5所示。
38.通过吸波性能测试数据表明，本发明制备的层状镍钴双金属氢氧化物/硅藻土复合材料具有良好的吸波性能，在2～18ghz的最小反射损耗为-14.95db，有效吸收带宽(反射损耗小于-10db的频率范围)最大可达6.4ghz。
39.对比实施例1
40.将硝酸镍、硝酸钴、尿素、氟化铵按照261.7mg:87.3mg:432mg:370mg的比例，在70ml去离子水溶液中，采用磁力搅拌器搅拌10min；然后将混合溶液移入聚四氟乙烯反应釜中，在120℃下进行水热反应12h，自然冷却至室温；反应结束后，收集反应产生的固体产物，用水和乙醇清洗，再在60℃下干燥，得到层状镍钴双金属氢氧化物。
41.采用x射线衍射仪器对得到的层状镍钴双金属氢氧化物进行xrd分析，表征结果如图6所示。得到层状镍钴双金属氢氧化物的扫描电镜图如图7和图8所示。其中，图7为该材料在低倍率时的扫描电镜图，图8为该材料在高倍率时的扫描电镜图。由此可知，层状镍钴双金属氢氧化物成功制备，纳米颗粒呈六边形层片状，片层厚度为58nm左右，尺寸较为均一。
42.采用矢量网络分析仪(pna-l，n5234a，agilent)同轴法测试所得到的层状镍钴双金属氢氧化物的电磁参数并计算吸波性能，测试结果如图9和图10所示。
43.通过吸波性能测试数据表明，层状镍钴双金属氢氧化物在2-18ghz的最小反射损耗为-12.73db，有效吸收带宽(反射损耗小于-10db的频率范围)最大可达2.3ghz。
44.以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。