MOF-74/三聚氰胺海绵衍生复合材料及其制备方法和应用

本发明属于电磁波吸收材料，具体涉及mof-74/三聚氰胺海绵衍生复合材料及其制备方法和应用。

背景技术：

1、随着5g技术和自动驾驶汽车等前沿电子技术的快速发展和应用，电磁波辐射对环境的危害越来越严重。复杂和无序的电磁波可以干扰通信信号、影响电子设备、损害人类健康，此外电磁波吸收在国防和军事中也有重要的应用。因此，吸波材料的研究至关重要，目前电磁波吸收材料正逐渐朝着匹配厚度薄、质量轻、宽有效吸收带宽和强反射损耗的方向发展。

2、电磁波的损耗机理包括介电损耗、传导损耗和磁损耗，因此吸波材料可以分为传导损耗型、介电损耗型和磁损耗型吸波材料。传导损耗型吸波材料包括碳纳米管、碳纳米纤维、碳纳米线、石墨烯和聚碳酸酯，其具有优异的传导损耗能力和低密度，但其电磁波吸收性能较弱。介电损耗型吸波材料，如无机半导体和陶瓷，其具有优异的热稳定性和抗氧化性，但是它们的吸波能力低于碳基材料。磁损耗型吸波材料包括磁性金属或磁性金属氧化物，它们的磁损耗机制有助于调节材料的阻抗匹配，尤其是低频率，但其高的密度限制了磁损耗型吸波材料的应用。

3、目前的研究表明将磁性材料与碳基材料复合可形成高性能的磁电复合损耗吸波材料，这也很大程度上提高了材料的电磁波损耗能力。近年来，介孔碳材料被广泛应用于电磁波吸收材料的研究和制备，但其单一的介电损耗机制使其在强损耗、宽频带吸波材料的研究方面具有局限性，北京科技大学曹文斌教授制备了蠕虫状sic纳米线并用于电磁波吸收，其单一的介电损耗使其阻抗匹配性差、电磁波损耗能力弱，导致其电磁波吸收能力差，仅实现了-35.2db的反射损耗以及1.8ghz的有效吸波带宽。然而将介孔碳材料与磁性金属材料复合，为材料引入磁损耗机制，可以很大程度上调节阻抗匹配、增强对电磁波的损耗能力，然而现有技术中介孔碳材料与磁性金属的复合材料只有在较高的匹配厚度下才能够实现较高的反射损耗和较宽的有效吸收带宽，使得在使用过程中无法达到轻质与高性能并存，限制吸波材料的应用。

4、基于上述技术缺陷，本发明设计了一种新型高效的mof衍生的金属掺杂多孔碳吸波材料，为研发高性能轻质的电磁波吸收材料提供一种新的策略。

技术实现思路

1、针对上述存在的技术不足，本发明提供了mof-74/三聚氰胺海绵衍生复合材料及其制备方法和应用，本发明针对电磁波吸收领域面临的难题，制备了mof-74/三聚氰胺海绵衍生复合材料，利用mof-74的组分可调性与微结构可调特性调节复合材料的介电常数和阻抗匹配，热解后三聚氰胺海绵特殊的结构及其表面生长的co、coni、feconi磁性粒子对电磁波产生了多重损耗，使得吸波材料在较低的匹配厚度下实现了较高的反射损耗和较宽的有效吸收带宽。

2、为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

3、mof-74/三聚氰胺海绵衍生复合材料的制备方法，包括以下步骤：

4、(1)mof-74/三聚氰胺海绵前驱体的制备：

5、将三聚氰胺棉、金属盐和2,5-二羟基对苯二甲酸分散于溶剂中，得到混合溶液，将混合溶液倒入至铺设有三聚氰胺海绵的反应釜中并进行水热反应，然后在真空干燥箱中干燥至溶剂全部挥发，得到mof-74/三聚氰胺海绵前驱体；

6、(2)mof-74/三聚氰胺海绵衍生复合材料的制备：

7、将步骤(1)的mof-74/三聚氰胺海绵前驱体于惰性气氛下进行碳化，得到mof-74/三聚氰胺海绵衍生复合材料。

8、优选的，所述步骤(1)中金属盐选自钴盐、镍盐、铁盐中的一种或几种。

9、优选的，所述钴盐选自六水合硝酸钴或六水合氯化钴，所述镍盐选自六水合硝酸镍或六水合氯化镍，所述铁盐选自九水合硝酸铁或六水合三氯化铁。

10、优选的，所述步骤(1)中三聚氰胺棉、金属盐和2,5-二羟基对苯二甲酸的物质的量之比为4：1：0.8-1。

11、优选的，所述步骤(1)中的溶剂由体积比为15-17：1：1的n,n'-二甲基甲酰胺、去离子水和无水乙醇组成。

12、优选的，所述步骤(1)中水热反应的条件为：于130-140℃下水热反应24-26h。

13、优选的，所述步骤(2)中碳化的方法为：设置升温速率3-5℃/min，并在750-850℃保温2-2.5h。

14、本发明还保护了利用上述制备方法制得的mof-74/三聚氰胺海绵衍生复合材料，所述mof-74/三聚氰胺海绵衍生复合材料具有多孔结构和磁性组分，并具有有助于损耗电磁波的电磁协调效应。

15、本发明还保护了mof-74/三聚氰胺海绵衍生复合材料在制备电磁波吸收材料中的应用，所述应用的方法为：将mof-74/三聚氰胺海绵衍生复合材料与聚合物基体混合制备电磁波吸收涂层；

16、其中，所述聚合物基体包括聚氨酯、环氧树脂。

17、与现有技术相比，本发明的有益效果：

18、1、本发明通过合理的组成、界面调控与多层次结构设计，将三聚氰胺海绵与mof-74相结合，构筑出兼具轻质、宽带、强吸收的结构功能一体化吸波材料，首次使用由2,5-二羟基对苯二甲酸作为有机配体的mofs结构(mof-74)，并与不同磁性金属成分(co、coni、feconi)配位，制备了mof-74/三聚氰胺海绵衍生的电磁波吸收材料。三聚氰胺海绵热解后产生了大量缺陷结构，引发了丰富的偶极极化，三聚氰胺海绵的多孔结构促使电磁波在材料内部进行多重反射，实现了多重损耗。材料表面的磁性粒子可以引发磁损耗，同时调节了阻抗匹配。利用三聚氰胺海绵和mof-74复合制备磁性过渡金属掺杂碳复合材料，得到了吸波性能高效的吸波材料。

19、2、本发明以三聚氰胺海绵为模板，并将其与含有不同磁性金属的mof-74复合，研究的开展为深入探究过渡金属掺杂分级结构碳复合材料的组分的调控提供了丰富的经验。

20、3、本发明设计了一种具有多重电磁波损耗机制的mof-74/三聚氰胺海绵衍生复合材料，并在2.67mm的匹配厚度时，其反射损耗最大可以达到-80.65db，在2.14mm的匹配厚度时，有效吸波带宽达到了5.28ghz。其优异的电磁波吸收能力还源于碳基体与磁性颗粒的相互作用，具体为以下两点：(1)碳基体表面产生的磁性金属颗粒提供了磁损耗机制，调节了吸波材料的阻抗匹配，并且与碳基体之间形成了界面极化，促进了电磁波的损耗；(2)碳基体和磁性颗粒提供了电磁协同的电磁波损耗机制，进一步改善了吸波材料的阻抗匹配，提高了电磁波吸收和损耗能力。

技术特征：

1.mof-74/三聚氰胺海绵衍生复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的mof-74/三聚氰胺海绵衍生复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中金属盐选自钴盐、镍盐、铁盐中的一种或几种。

3.根据权利要求2所述的mof-74/三聚氰胺海绵衍生复合材料的制备方法，其特征在于，所述钴盐选自六水合硝酸钴或六水合氯化钴，所述镍盐选自六水合硝酸镍或六水合氯化镍，所述铁盐选自九水合硝酸铁或六水合三氯化铁。

4.根据权利要求1所述的mof-74/三聚氰胺海绵衍生复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中三聚氰胺棉、金属盐和2,5-二羟基对苯二甲酸的物质的量之比为4：1：0.8-1。

5.根据权利要求1所述的mof-74/三聚氰胺海绵衍生复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中的溶剂由体积比为15-17：1：1的n,n'-二甲基甲酰胺、去离子水和无水乙醇组成。

6.根据权利要求1所述的mof-74/三聚氰胺海绵衍生复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中水热反应的条件为：于130-140℃下水热反应24-26h。

7.根据权利要求1所述的mof-74/三聚氰胺海绵衍生复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中碳化的方法为：设置升温速率3-5℃/min，并在750-850℃保温2-2.5h。

8.一种利用权利要求1-7任一项所述制备方法制得的mof-74/三聚氰胺海绵衍生复合材料，其特征在于，所述mof-74/三聚氰胺海绵衍生复合材料具有多孔结构和磁性组分，并具有损耗电磁波的电磁协调效应。

9.一种权利要求8所述的mof-74/三聚氰胺海绵衍生复合材料在制备电磁波吸收材料中的应用，其特征在于，所述应用的方法为：将mof-74/三聚氰胺海绵衍生复合材料与聚合物基体混合制备电磁波吸收涂层；

技术总结
本发明属于电磁波吸收材料技术领域，具体涉及MOF‑74/三聚氰胺海绵衍生复合材料及其制备方法和应用。本发明针对电磁波吸收领域面临的难题，制备了MOF‑74/三聚氰胺海绵衍生复合材料，利用MOF‑74的组分可调性与微结构可调特性调节复合材料的介电常数和阻抗匹配，热解后三聚氰胺海绵特殊的结构及其表面生长的Co、CoNi、FeCoNi磁性粒子对电磁波产生了多重损耗，使得吸波材料在较低的匹配厚度下实现了较高的反射损耗和较宽的有效吸收带宽。

技术研发人员：梁瑾,王炯辉,李宗乘,孔杰,王斌,韦智恒
受保护的技术使用者：西北工业大学宁波研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15