一种磷掺杂锡基导热吸波多功能材料及其制备方法与应用

本发明属于导热-微波吸收，涉及一种具有分级结构的磷掺杂锡基导热吸波多功能材料的制备方法与其在电磁波吸收、导热、气敏传感器等领域中的应用。

背景技术：

1、二氧化锡是一种典型的n型宽带隙半导体，具有金红石相结构，使得它具有稳定的物理化学性质。sno2被认为是一种物美价廉的半导体材料，它具有透光率高、电导率高、化学稳定性好等优点，不仅广泛应用于染料-敏化太阳能电池、催化、气敏性等研究，还可应用于导热-微波吸收领域。

2、目前，有几种方法可以改善锡基化合物/复合材料的导热-微波吸收性能，包括形貌控制、杂原子掺杂、缺陷工程和异质结构的构建。(i)形态控制可用于调整形状各向异性和方向极化：中国专利cn 111874940 a公开了一种制备管状二氧化锡纳米材料的方法，该方法首先制备了纳米级棒状羟基锡酸铜前驱物，再将其在酸性溶液中经水热反应制备二氧化锡纳米管，此方法步骤较多，操作繁琐；中国专利cn 104891557 a公开了一种制备空心结构二氧化锡纳米花的方法，因实验过程需要用硝酸的水溶液浸泡沉淀而使之耗时较长且产量低；(ii)通过将锡基化合物与其他材料结合成异质结，实现了改善界面极化的界面调制：中国专利cn 107099880 a公开了一种氧化钻镍/二氧化锡复合纳米管的制备方法，因实验过程需要在高速搅拌和油浴条件下配制聚合物溶液而使之耗时较长且过程较为繁琐；中国专利cn 106654238 a公开了一种具有孔隙结构的二氧化锡/碳/氮掺杂石墨烯复合材料的制备方法，因所述氮掺杂石墨烯需要通过水合肼与氧化石墨烯反应制备而使得原料昂贵且对环境有害。然而具有分级结构的磷掺杂锡基复合物尚未见报道，且通过水热-退火工艺合成，工序简单，原料廉价易得。

3、5g通信技术的蓬勃发展，使得现代各种电子设备朝着高功率、高度集成和高工作频率方向发展。相应地，散热问题以及电磁干扰问题越来越严重。为了解决这一问题迫切需要具有高微波吸收和导热率的先进多功能材料材料。在各种候选材料中，纳米锡基复合材料在导热-吸波领域有广阔的应用前景。但现有锡基材料不仅形貌难以调控，实验过程繁琐、操作复杂、反应周期长、产率较低且实验的重复性差，还难以满足质量轻、强吸收和高热导率的要求。

4、因此，如何开发一种工艺简便、易于工业化且形貌、组成可控、具有优异导热-吸波性能的纳米锡基复合材料是本领域技术人员亟待解决的问题。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明的目的是针对现有技术中存在的问题，提供一种工艺简便、尺寸可控的具有分级结构的磷掺杂锡基导热吸波复合材料。

2、为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

3、本发明第一技术目的是提供一种磷掺杂锡基导热吸波多功能材料，所述导热吸波多功能材料为采用水热-退火工艺制备具有分级结构的sno2/snp2o7/sn2p2o7复合材料；所述分级结构为六角星状、叶片状或花状，尺寸约为7.22～16.51μm；且所述磷掺杂锡基导热吸波多功能材料中sn原子占比为12.97％～16.78％，p原子占比为9.23％～11.54％。

4、值得说明的是，本发明公开的磷掺杂锡基导热吸波多功能材料具有优异的导热-微波吸收特性，小于等于-10db反射率的有效带宽范围为5.6～6.96ghz，最大反射损耗为-35.01～-47.33db，热导率为3.835～4.745w/m·k。

5、本发明的第二技术目的是提供一种绿色环保、适于工业化生产的磷掺杂锡基导热吸波多功能材料的制备方法。

6、为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

7、一种磷掺杂锡基导热吸波多功能材料的制备方法，所述方法具体包括如下步骤：

8、(1)按化学计量比称取一定量的锡盐和磷盐，并分散在去离子水和无水乙醇的混合溶液中，搅拌5～30分钟形成均匀溶液；

9、(2)将所述均匀溶液转移至反应釜中，在一定温度水热反应，产物经多次离心洗涤、干燥后得到前驱体；

10、(3)将所述前驱体用陶瓷方舟装载放入管式炉中，在空气气氛下退火处理，最终得到所述磷掺杂锡基导热吸波多功能材料。

11、通过采用上述技术方案，本发明的有益效果如下：

12、本发明公开的制备方法操作简单且产品形貌新颖，克服了以往制备过程中反应条件苛刻，反应产物形貌难以调控，实验重复性差等缺陷，具有良好的工业化应用潜力。

13、可选地，所述锡盐为sncl2·2h2o，浓度为0.05～0.4mol/l；所述磷盐为(nh4)2hpo4，浓度为0.0188～0.15mol/l；且所述磷盐与锡盐的物质的量之比为1:2～1:4。

14、进一步地，所述无水乙醇和去离子水的体积比为3:1～0:1；优选无水乙醇和去离子水的总体积为80ml，体积比为1:1～0:1。

15、可选地，所述水热反应的温度为140℃～200℃，时间为6h～12h；所述干燥的温度为60℃-80℃，时间为8h-16h。

16、进一步地，所述水热反应温度为180℃，水热反应时间为8h。

17、可选地，所述步骤(3)中的退火处理工艺如下：

18、煅烧温度为500℃～700℃，升温速率为5℃/min，煅烧时间为1～4h。

19、进一步地，煅烧温度为600℃，升温速率为5℃/min，煅烧时间为2h。

20、本发明的第三技术目的是提供上述磷掺杂锡基导热吸波多功能材料在电磁波吸收领域、导热材料、气敏传感器中的应用。

21、经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明提供了一种磷掺杂锡基导热吸波复合材料及其制备方法与应用，具有如下优异效果：

22、1)本发明以sncl2·2h2o为锡源，(nh4)2hpo4为磷源，采用水热-退火工艺，制备了形貌独特的六角星状/叶片状/花状sno2/snp2o7/sn2p2o7复合材料，尺寸约为7.22～16.51μm；并通过改变体系中锡盐的浓度、磷盐的浓度、溶剂的组成、反应的温度和时间来进一步调控磷掺杂锡基复合材料的形貌以及微波吸收性能。

23、2)本发明公开制备的具有分级结构的sno2/snp2o7/sn2p2o7复合材料，具有形貌独特、尺寸可调、电磁性能优异等特点，在导热吸波领域表现出较大的潜力。

24、3)本发明公开的制备方法操作简单，且原料价廉易得，绿色环保，危险性低，重复性好，生产效率高，对仪器精密度要求低，具有良好的工业化应用前景。

技术特征：

1.一种磷掺杂锡基导热吸波多功能材料，其特征在于，所述导热吸波多功能材料为采用水热-退火工艺制备具有分级结构的sno2/snp2o7/sn2p2o7复合材料；所述分级结构为六角星状、叶片状或花状，尺寸为7.22～16.51μm；且所述磷掺杂锡基导热吸波多功能材料中sn原子占比为12.97％～16.78％，p原子占比为9.23％～11.54％。

2.一种如权利要求1所述的磷掺杂锡基导热吸波多功能材料的制备方法，其特征在于，所述方法具体包括如下步骤：

3.根据权利要求2所述的一种磷掺杂锡基导热吸波多功能材料的制备方法，其特征在于，所述锡盐为sncl2·2h2o，浓度为0.05～0.4mol/l；所述磷盐为(nh4)2hpo4，浓度为0.0188～0.15mol/l；且所述磷盐与锡盐的物质的量之比为1:2～1:4。

4.根据权利要求2或3所述的一种磷掺杂锡基导热吸波多功能材料的制备方法，其特征在于，所述无水乙醇和去离子水的体积比为3:1～0:1。

5.根据权利要求2所述的一种磷掺杂锡基导热吸波多功能材料的制备方法，其特征在于，所述水热反应的温度为140℃～200℃，时间为6h～12h；所述干燥的温度为60℃～80℃，时间为8h～16h。

6.根据权利要求2所述的一种磷掺杂锡基导热吸波多功能材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中的退火处理工艺如下：

7.一种如权利要求1所述磷掺杂锡基导热吸波多功能材料或如权利要求2所述方法制备的磷掺杂锡基导热吸波多功能材料在电磁波吸收领域中的应用。

8.根据权利要求7所述的应用，其特征在于，还包括：所述磷掺杂锡基导热吸波多功能材料在导热器件、气敏传感器中的应用。

技术总结
本发明公开了一种磷掺杂锡基导热吸波多功能材料及其制备方法与应用，属于导热‑微波吸收技术领域。通过采用水热‑退火工艺制备具有分级结构的磷掺杂锡基复合材料SnO<subgt;2</subgt;/SnP<subgt;2</subgt;O<subgt;7</subgt;/Sn<subgt;2</subgt;P<subgt;2</subgt;O<subgt;7</subgt;，不仅操作简单、生产成本低、结构新颖，还可以通过改变体系中锡盐与磷盐的浓度、溶剂的组成、反应温度和反应时间来调控磷掺杂锡基复合材料的形貌，且所得材料形貌分别为六角星状、叶片状和花状。公开的制备方法操作简单且产品形貌新颖，克服了以往制备过程中反应条件苛刻，反应产物形貌难以调控，实验重复性差等问题，所获材料具有优异的微波吸收和较高的热导率，可作为多功能导热‑吸波封装材料在现代电子电器领域中具有良好的应用潜力。

技术研发人员：童国秀,刘馨予,邢露,蔡诗洋,刘湘阳,余贞洁,林泠伶,吴文华
受保护的技术使用者：浙江师范大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15