一种新型编织状Ni-MOF吸波材料的制备方法

摘要

本发明公开了一种新型编织状Ni‑MOF吸波材料的制备方法，步骤为：将六水硝酸镍和二甲基咪唑分别溶解于甲醇中，然后将将二甲基咪唑溶液倒入六水硝酸镍溶液中，搅拌后，放入烘箱中烘干，冷却至室温后经离心、洗涤、干燥后得到编织状镍前驱体粉末；将编织状镍前驱体粉末置于低氧环境下的马弗炉中加热，并恒温保温，然后待马弗炉自然冷却至室温后获得新型编织状Ni‑MOF吸波材料。该方法制备的Ni‑MOF具有编织状结构，这种具有各向异性的结构有利于电磁波在其内部的多次随机反射和散射，形成丰富的缺陷极化、偶极极化和界面极化，利于增强极化损耗，使吸收电磁波转化为热能，从而提高吸波性能。

权利要求

1.一种新型编织状Ni‑MOF吸波材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）制备编织状Ni‑MOF：将六水硝酸镍和二甲基咪唑分别溶解于甲醇中，然后将二甲基咪唑溶液倒入六水硝酸镍溶液中，磁力搅拌后，放入烘箱中烘干至溶液完全蒸发，冷却至室温后经离心、洗涤、干燥后得到编织状镍前驱体粉末；所述六水硝酸镍和二甲基咪唑的的摩尔比为1:6‑8；

（2）制备编织状Ni‑MOF吸波材料：

将编织状镍前驱体粉末置于坩埚中，并用可完全盖住下方坩埚的盖子将装有粉末的坩埚完全盖住，但不密封，以在烧结过程中实现低氧环境，将编织状镍前驱体粉末在低氧环境下的马弗炉中加热，并恒温保温，然后待马弗炉自然冷却至室温后获得新型编织状Ni‑MOF吸波材料；

所述马弗炉升温速率为2‑3℃/min，升温至650℃之后恒温保温3h。

2.根据权利要求1所述一种新型编织状Ni‑MOF吸波材料的制备方法，其特征在于，步骤（1）中所述磁力搅拌速率为800‑1000r/min，搅拌时间为20‑25h。

3.根据权利要求1所述一种新型编织状Ni‑MOF吸波材料的制备方法，其特征在于，步骤（1）中所述烘箱温度为70‑80℃，烘干时间为20‑25h。

4.根据权利要求1所述一种新型编织状Ni‑MOF吸波材料的制备方法，其特征在于，步骤（1）中所述离心、洗涤的方法为：取烘干后的前驱体粉末置于离心管中，倒入甲醇溶液，震荡离心管直至无明显沉淀物残留在底部，随后在9000‑12000r/min转速下离心洗涤8‑10min后，倒掉上方溶液，只保留沉淀，并重复操作至少2次。

说明书

一种新型编织状Ni‑MOF吸波材料的制备方法

技术领域

[0001] 本发明涉及吸波、电磁防护材料制备技术领域，具体的说涉及一种新型编织状Ni‑MOF吸波材料的制备方法。

背景技术

[0002] 随着现代科技的高速发展，从日常生活中的家用电器、手机、高压电线，到军事领域中雷达探测、电磁波干扰等技术，电磁波的应用已无处不在。虽然电磁波的应用极大地提高了社会发展效率，但也给当今的信息安全和健康带来了更多的隐患。长期暴露在电磁辐射的环境下会对人体健康造成威胁，电磁波在数字设备之间的传播也会降低电子器件的使用寿命。电磁污染也因此成为继水污染、大气污染、噪声污染之后的第四大污染源。为了有效减少电磁波辐射带来的危害，我们可以采用吸波材料对电磁波进行吸收和防护。对此，人们期望制备出高效的吸波材料。

[0003] 由金属原子和高表面积有机配体构成的金属有机框架(MOF)具有较高的金属含量和稳定的碳骨架，在高温退火时，有机配体会碳化保留碳骨架，金属离子则会进行成核生长形成金属化合物，有利于形成金属化合物均匀分散在碳织构中的碳基复合材料。由于其比表面积大、孔隙率高及可调性，已被证明是原位热解制备多孔碳材料的理想模板。通过调节制备过程中金属种类、有机配体的种类、前驱体的比例，使用不同合成方法，可获得不同形貌的MOF，从而原位热解为碳基磁性复合吸波材料。

[0004] 吸波材料的吸波性能取决于其电磁性能，而除了材料的组成成分外，其微观形貌、粒度、聚集状态等同样是影响其电磁性能的重要因素。理论和实验均证实材料各向异性化后，由于电磁波可在其内部实现多次随机反射和散射，且存在丰富的缺陷极化、偶极极化和界面极化，利于增强极化损耗，使吸收电磁波转化为热能，从而提高吸波性能。因此，具有各向异性的吸波材料研究对新一代薄、宽、强吸波材料的研发具有重要意义。

[0005] 因此，提供一种具有各向异性的新型编织状Ni‑MOF吸波材料的制备方法是本领域技术人员亟需解决的技术问题。

发明内容

[0006] 有鉴于此，本发明提供了一种新型编织状Ni‑MOF吸波材料的制备方法。

[0007] 为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

[0008] 一种新型编织状Ni‑MOF吸波材料的制备方法，包括以下步骤：

[0009] (1)制备编织状Ni‑MOF：将六水硝酸镍和二甲基咪唑分别溶解于甲醇中，然后将将二甲基咪唑溶液倒入六水硝酸镍溶液中，磁力搅拌后，放入烘箱中烘干至溶液完全蒸发，冷却至室温后经离心、洗涤、干燥后得到编织状镍前驱体粉末；

[0010] (2)制备编织状Ni‑MOF吸波材料：

[0011] 将编织状镍前驱体粉末置于低氧环境下的马弗炉中加热，并恒温保温，然后待马弗炉自然冷却至室温后获得新型编织状Ni‑MOF吸波材料。

[0012] 进一步，步骤(1)中所述六水硝酸镍和二甲基咪唑的的摩尔比为1:6‑8。

[0013] 更进一步，步骤(1)中将二甲基咪唑溶液倒入六水硝酸镍溶液时，应使二甲基咪唑溶液匀速倒入置于磁力搅拌台上正在搅拌的六水硝酸镍溶液中。

[0014] 进一步，步骤(1)中所述磁力搅拌速率为800‑1000r/min，搅拌时间为20‑25h。

[0015] 更进一步，步骤(1)中烘箱温度为70‑80℃，烘干时间为20‑25h。

[0016] 进一步，步骤(1)中所述离心、洗涤的方法为：取烘干后的前驱体粉末置于离心管中，倒入甲醇溶液，震荡离心管直至无明显沉淀物残留在底部，随后在9000‑12000r/min转速下离心洗涤8‑10min后，倒掉上方溶液，只保留沉淀，并重复操作至少2次[0017] 进一步，步骤(1)中所述的镍前驱体粉末形貌为编制状。

[0018] 进一步，步骤(2)中所述的放置镍前驱体粉末的容器为封闭坩埚，但未密闭。其具体为将编织状镍前驱体粉末置于坩埚中，并用可完全盖住下方坩埚的盖子将装有粉末的坩埚完全盖住，但不密封，以在烧结过程中实现低氧环境。

[0019] 进一步，步骤(2)中所述马弗炉升温速率为2‑3℃/min，升温至650℃之后恒温保温3h。

[0020] 本发明的有益效果在于：

[0021] (1)本发明以Ni‑MOF‑74的制备步骤为参考，并对其烧结条件进行了简化，无需在惰性或真空环境中进行，只需要在烧结时将镍前驱体粉末置于封闭但未密闭的坩埚中，使前驱体粉末在烧结过程中处于低氧环境中。

[0022] (2)本发明所制备的Ni‑MOF为编织状，这种具有各向异性的结构有利于电磁波在其内部的多次随机反射和散射，形成丰富的缺陷极化、偶极极化和界面极化，利于增强极化损耗，使吸收电磁波转化为热能，从而提高吸波性能。

[0023] 本发明所制备的复合材料在低频带拥有低于‑10dB的吸波性能，且在中高频带有较强的吸波能力，在7.64GHz时，新型编织状Ni‑MOF吸波材料的反射损耗达到‑40.989dB，厚度为1.63mm。

附图说明

[0024] 图1为本发明实施例2制备的新型编织状Ni‑MOF的SEM图像；

[0025] 图2为本发明实施例2制备的新型编织状Ni‑MOF吸波材料在2‑18GHz的(a)介电常数和(b)磁导率示意图；

[0026] 图3为本发明实施例1制备的Ni‑MOF吸波材料在2‑18GHz、不同厚度下的微波反射损耗示意图；

[0027] 图4为本发明实施例2制备的新型编织状Ni‑MOF吸波材料在2‑18GHz、不同厚度下的微波反射损耗示意图；

[0028] 图5为本发明实施例3制备的Ni‑MOF吸波材料在2‑18GHz、不同厚度下的微波反射损耗示意图。

具体实施方式

[0029] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

[0030] 实施例1

[0031] 一种新型编织状Ni‑MOF吸波材料

[0032] (1)制备编织状Ni‑MOF：将5g六水硝酸镍和9.18g二甲基咪唑分别溶解于150ml甲醇，然后将将二甲基咪唑溶液倒入六水硝酸镍溶液中，六水硝酸镍和二甲基咪唑的的摩尔比为1:6.5，1000r/min磁力搅拌24h后，放入70℃烘箱中烘干至溶液完全蒸发，冷却至室温后取烘干后的前驱体粉末置于离心管中，倒入甲醇溶液，震荡离心管直至无明显沉淀物残留在底部，随后在12000r/min转速下离心洗涤10min后，倒掉上方溶液，只保留沉淀，并重复操作2次，然后将沉淀60℃干燥3h至残留的甲醇溶液全部挥发，得到编织状镍前驱体粉末；

[0033] (2)制备编织状Ni‑MOF吸波材料：

[0034] 将编织状镍前驱体粉末置于坩埚中，并用可完全盖住下方坩埚的盖子将装有粉末的坩埚完全盖住，将其送入马弗炉中，从室温以2℃/min的升温速率升温至650℃，然后恒温保温3h，然后待马弗炉自然冷却至室温后获得新型编织状Ni‑MOF吸波材料。

[0035] 实施例2

[0036] 一种新型编织状Ni‑MOF吸波材料

[0037] (1)制备编织状Ni‑MOF：将5g六水硝酸镍和10g二甲基咪唑分别溶解于150ml甲醇，然后将将二甲基咪唑溶液倒入六水硝酸镍溶液中，六水硝酸镍和二甲基咪唑的的摩尔比为1:7.08，800r/min磁力搅拌24h后，放入70℃烘箱中烘干至溶液完全蒸发，冷却至室温后取烘干后的前驱体粉末置于离心管中，倒入甲醇溶液，震荡离心管直至无明显沉淀物残留在底部，随后在12000r/min转速下离心洗涤10min后，倒掉上方溶液，只保留沉淀，并重复操作
3次，然后将沉淀60℃干燥3h至残留的甲醇溶液全部挥发，得到编织状镍前驱体粉末；

[0038] (2)制备编织状Ni‑MOF吸波材料：

[0039] 将编织状镍前驱体粉末置于坩埚中，并用可完全盖住下方坩埚的盖子将装有粉末的坩埚完全盖住，将其送入马弗炉中，从室温以2℃/min的升温速率升温至650℃，然后恒温保温3h，然后待马弗炉自然冷却至室温后获得新型编织状Ni‑MOF吸波材料。

[0040] 实施例3

[0041] 一种新型编织状Ni‑MOF吸波材料

[0042] (1)制备编织状Ni‑MOF：将5g六水硝酸镍和10.83g二甲基咪唑分别溶解于150ml甲醇，然后将将二甲基咪唑溶液倒入六水硝酸镍溶液中，六水硝酸镍和二甲基咪唑的的摩尔比为1:7.67，900r/min磁力搅拌24h后，放入70℃烘箱中烘干至溶液完全蒸发，冷却至室温后取烘干后的前驱体粉末置于离心管中，倒入甲醇溶液，震荡离心管直至无明显沉淀物残留在底部，随后在12000r/min转速下离心洗涤10min后，倒掉上方溶液，只保留沉淀，并重复操作3次，然后将沉淀60℃干燥3h至残留的甲醇溶液全部挥发，得到编织状镍前驱体粉末；

[0043] (2)制备编织状Ni‑MOF吸波材料：

[0044] 将编织状镍前驱体粉末置于坩埚中，并用可完全盖住下方坩埚的盖子将装有粉末的坩埚完全盖住，将其送入马弗炉中，从室温以2℃/min的升温速率升温至650℃，然后恒温保温3h，然后待马弗炉自然冷却至室温后获得新型编织状Ni‑MOF吸波材料。

[0045] 尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。