一种气凝胶吸波材料、电磁波吸收体及其制备方法和应用

本发明属于电磁波吸收材料，具体涉及一种气凝胶吸波材料、电磁波吸收体及其制备方法和应用。

背景技术：

1、公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

2、进入第五代通信时代，无线通信设备如雨后春笋般发展，加速了人类社会进程。目前，电磁波(emw)作为电子设备无线控制和信息传输的媒介，被广泛地应用于各种设备中。同时，电磁辐射也成为严重的全球环境污染问题，对人类健康构成严重威胁，容易诱发癌症及心血管疾病。为了解决这一问题，人们在研究和开发高性能电磁波吸收材料方面做了大量的工作。此外，为满足日益增长的实际应用需求，理想的电磁波吸收材料应具备轻质、宽频、强吸收、化学稳定性好等特点。

3、传统的电磁波吸收材料主要是碳材料。碳材料具有性质稳定、原材料易得、电导率高的特点。碳材料的高电导率有利于电导损耗，但是电导率过高容易引起阻抗匹配失衡，反而不利于电磁波吸收。除碳材料外，近年来硫化物在电磁波吸收领域也得到了深入研究，其具有良好的阻抗匹配特性，但硫化物电导损耗能力差，应用依然受到限制。由于优良的电磁波吸收性能、高热稳定性和耐腐蚀性，石墨烯片受到越来越多的关注。然而，它仍然存在着分散性差、损耗形式单一的问题。

4、综上，现有的电磁波吸收材料在结构、性能等方面仍存在诸多问题，因此，有必要研究一种新的电磁波吸收材料。

技术实现思路

1、为了解决现有技术的不足，本发明的目的是提供一种气凝胶吸波材料、电磁波吸收体及其制备方法和应用。本发明首次实现了lafeo3与氮掺杂还原氧化石墨烯气凝胶结合，并首次实现了其在电磁波吸收领域的应用，并具有吸收强度高，吸收频带宽，质轻等特点。

2、为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：

3、第一方面，本发明提供了一种气凝胶吸波材料，所述气凝胶吸波材料为具有三维多孔结构的lafeo3修饰氮掺杂还原氧化石墨烯气凝胶，其中，氮掺杂还原氧化石墨烯气凝胶构成了三维骨架，lafeo3纳米颗粒分布于三维骨架上。

4、第二方面，本发明提供了一种第一方面所述的气凝胶吸波材料的制备方法，包括以下步骤：

5、(1)将铁源、镧源和聚合物分散剂分散于去离子水中，在油浴下反应，反应完成后对产物进行干燥、煅烧处理，得到lafeo3纳米颗粒；

6、(2)将lafeo3纳米颗粒分散于溶剂中得到溶液a，将尿素与氧化石墨烯分散于溶剂中得到溶液b，将溶液a分散于溶液b中，进行溶剂热反应，反应后浸泡、干燥，得到所述气凝胶吸波材料。

7、第三方面，本发明提供了一种电磁波吸收体，包括第一方面所述的气凝胶吸波材料和粘结剂。

8、第四方面，本发明提供了第一方面所述的气凝胶吸波材料和/或第三方面所述的电磁波吸收体在无线电通讯系统、防高频、微波加热设备、构造微波暗室、隐身技术中的应用。

9、上述本发明的一种或多种技术方案取得的有益效果如下：

10、(1)本发明制备的lafeo3修饰氮掺杂还原氧化石墨烯气凝胶具有良好的阻抗匹配特性和十分优异的电磁波吸收性能。首先，lafeo3的高阻值可以避免高频时存在的屈服效应，使电磁波能有效地进入吸收体，有效地优化阻抗匹配。lafeo3与氮掺杂还原氧化石墨烯气凝胶二者的协同配合和比例调整使得电磁参数可调，优化阻抗匹配，为电磁波进入吸收体创造条件。气凝胶的三维多孔结构扩展了入射波的多重反射和散射，有利于电磁波衰减。纳米lafeo3和气凝胶的复合，进一步增加了复合材料的多重散射效应，使电磁波能够被充分吸收。同时，氮掺杂的还原氧化气凝胶提供了丰富的缺陷，产生大量的缺陷极化和偶极极化。此外，lafeo3是一种p型高电阻率半导体，其电阻明显高于石墨烯。由于两种材料的电导率有很大差异，自由电子或电荷会在具有不同电导率的两相材料的接触界面两侧产生不同程度的聚集。在电磁场或外部交变电场的激发下，电子在不同界面之间进行交换，导致界面极化和电磁波衰减。另一方面，lafeo3的粒径小于100nm，而小颗粒会有小尺寸效应和量子尺寸效应，这将在一定程度上进一步提高复合材料的界面极化过程和多重反射能力。

11、(2)由lafeo3修饰氮掺杂还原氧化石墨烯气凝胶填充的电磁波吸收体在高频(2-18ghz)下的介电常数实部保持为3.6-11.1，介电常数虚部保持为1.7-5.8，介电损耗正切最小值超过0.2，最大值可达0.8，兼具良好的阻抗匹配特性和极佳的介电损耗能力；在该频段内的单一匹配厚度下，最大吸收带宽超过6.72ghz，最大吸收强度可达-64.5db。

12、(3)由lafeo3修饰氮掺杂还原氧化石墨烯气凝胶填充的电磁波吸收体的填充率仅为15-25％，远低于其他碳材料填充的电磁波吸收体的填充率(50％以上)，另外，气凝胶能够实现电磁波吸收材料质轻的要求。

13、(4)本发明制备的lafeo3修饰氮掺杂还原氧化石墨烯气凝胶电磁波吸收体相对于传统的电磁波吸收材料/吸收体，利用了lafeo3的特点，具有阻燃的优点。

14、(5)本发明开创了利用简单的溶剂热法合成lafeo3修饰氮掺杂还原氧化石墨烯气凝胶的方法。

技术特征：

1.一种气凝胶吸波材料，其特征在于，所述气凝胶吸波材料为具有三维多孔结构的lafeo3修饰氮掺杂还原氧化石墨烯气凝胶，其中，氮掺杂还原氧化石墨烯气凝胶构成了三维骨架，lafeo3纳米颗粒分布于三维骨架上。

2.如权利要求1所述的气凝胶吸波材料，其特征在于，所述lafeo3纳米颗粒为正交晶系钙钛矿；所述lafeo3纳米颗粒粒径小于100nm。

3.如权利要求1所述的气凝胶吸波材料，其特征在于，所述三维骨架的孔隙大小为10-20μm。

4.一种权利要求1-3任一项所述的气凝胶吸波材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

5.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述镧源为六水合硝酸镧、氯化镧中的一种或两种的混合物；

6.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于，溶液a的溶剂为乙二醇、乙醇、去离子水的一种或多种的混合液；

7.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于，溶剂热反应的温度为160-220℃，时间为8-16h；

8.一种电磁波吸收体，其特征在于，包括权利要求1-3任一项所述的气凝胶吸波材料和粘结剂。

9.如权利要求8所述的电磁波吸收体，其特征在于，所述粘接剂为固体石蜡、环氧树脂和聚偏氟乙烯中的一种；

10.权利要求1-3任一项所述的气凝胶吸波材料和/或权利要求8-9任一项所述的电磁波吸收体在无线电通讯系统、防高频、微波加热设备、构造微波暗室、隐身技术中的应用。

技术总结
本发明属于电磁波吸收材料技术领域，具体涉及一种气凝胶吸波材料、电磁波吸收体及其制备方法和应用。本发明提供了一种气凝胶吸波材料，所述气凝胶吸波材料为具有三维多孔结构的LaFeO<subgt;3</subgt;修饰氮掺杂还原氧化石墨烯气凝胶，其中，氮掺杂还原氧化石墨烯气凝胶构成了三维骨架，LaFeO<subgt;3</subgt;纳米颗粒分布于三维骨架上。本发明首次实现了LaFeO<subgt;3</subgt;与氮掺杂还原氧化石墨烯气凝胶结合，并首次实现了其在电磁波吸收领域的应用，并具有吸收强度高，吸收频带宽，质轻等特点。

技术研发人员：吴莉莉,傅凯丽,赵金博,刘久荣
受保护的技术使用者：山东大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13