中熵稀土硅碳化物电磁波吸收剂及其制备方法

本发明涉及中熵稀土硅碳化物电磁波吸收剂，具体为一种中熵稀土硅碳化物电磁波吸收剂及其制备方法。

背景技术：

1、目前，碳化硅基材料因其适中的介电常数、良好的化学稳定性及可调节的电性能，被广泛研究作为常温吸波剂。然而，本征sic的介电损耗能力较弱，其吸波性能严重依赖于引入第二相，如碳材料、磁性颗粒来构建损耗单元。这类复合材料往往面临以下问题：

2、1）磁性填料在常温下虽有效，但其高密度、易氧化及频带窄等缺点限制了应用；

3、2）碳材料虽损耗强，但过高的电导率易导致表面反射严重，阻抗匹配差，且其分散性与结构稳定性控制复杂。

4、近年来，稀土三元层状硅碳化物（re3si2c2）作为一种新型介电材料受到关注。其独特的层状晶体结构及稀土元素可调的4f电子态，使其具备比本征sic更优的介电极化特性，为设计新型吸波材料提供了新思路。然而，现有研究多聚焦于单一稀土体系，如y3si2c2、gd3si2c2。单一稀土元素的种类固定了材料的本征电子结构与极化能力，导致其介电常数与损耗因子可调范围有限，难以在宽频段内同时实现理想的阻抗匹配与强损耗，性能优化天花板较低。

5、与此同时，高熵/中熵设计理念在材料科学领域展现出巨大潜力。该理念通过将多种主元元素固溶于同一晶格中，利用由此产生的“晶格畸变效应”、“缓慢扩散效应”及“鸡尾酒效应”来协同调控材料性能。在电磁波吸收领域，已有研究将高熵设计成功应用于过渡金属硫族化合物、钙钛矿氧化物等体系，证实了多主元固溶可显著增强介电极化弛豫，拓宽吸收频带。然而，这一先进的材料设计策略，尚未被系统地引入到具有本征层状结构与丰富可调性的稀土硅碳化物体系中，以解决其单一组分性能调控不足的根本问题。

6、因此，如何将中熵设计的创新思想与稀土硅碳化物的本征优势相结合，并巧妙地与sic晶须进行多尺度复合，从而构筑出一种兼具良好阻抗匹配与多重强化损耗机制的新型宽带吸波材料，是本领域一个值得探索且亟需解决的技术问题。

技术实现思路

1、本发明提供了一种中熵稀土硅碳化物电磁波吸收剂及其制备方法，解决背景技术中所提到的问题。

2、本发明提供如下技术方案：一种中熵稀土硅碳化物电磁波吸收剂，分子通式为(re1xre2yre3z)3si2c2/sicw，其中，re1、re2和re3为三种互不相同的稀土元素，x、y和z分别为各稀土元素的摩尔分数，取值范围均为0.2-0.6，满足x+y+z=1。本吸收剂通过多种稀土元素在re3si2c2晶格中形成中熵固溶体，产生晶格畸变，增强极化损耗；目标相在sicw表面原位生长形成花瓣状片层结构，优化阻抗匹配，使电磁波吸收能力显著提高，在2-18ghz内最低损耗可达-30db以下，最大有效吸收带宽可达4ghz以上。该电磁波吸收剂兼具强吸收、宽频带和薄厚度的特点，适合大规模推广应用。

3、作为本发明所述中熵稀土硅碳化物电磁波吸收剂的一种可选方案，其中：re1元素优选la，ce，pr和nd中的一种；re2元素优选sm，gd，tb和dy中的一种；re3元素优选y，ho，er和tm中的一种。

4、本发明还提供一种中熵稀土硅碳化物电磁波吸收剂制备方法，包括：

5、步骤1：根据权利要求1或2的中熵稀土硅碳化物电磁波吸收剂的化学通式称量直径为50nm-1μm，长度为5-100μm，长径比不小于10的sicw、粒径在200目-300目的稀土金属粉，称量后混合均匀得到反应原料，将得到的反应原料与熔盐均匀混合得到混合原料；

6、步骤2：将混合原料放置在常规惰性气体氛炉中进行高温反应，反应结束后经冷却、洗涤、干燥，得到中熵稀土硅碳化物电磁波吸收剂。

7、作为本发明所述中熵稀土硅碳化物电磁波吸收剂制备方法的一种可选方案，其中：步骤1中，熔盐为氟化物熔盐、氟氯化物共晶盐或氯化物熔盐中的至少一种；熔盐与反应原料的总质量比为1:1至5:1。步骤2中，高温反应的反应温度为1100℃-1500℃，保温时间为3-6h。

8、本发明具备以下有益效果：本中熵稀土硅碳化物电磁波吸收剂在材料的组分设计上采用大、中、小三种离子半径的稀土元素进行中熵固溶，利用产生的强烈晶格畸变与成分波动，在原子尺度上大幅增强了介电极化能力，从根本上拓宽了稀土硅碳化物的介电性能可调范围；创新性地引入中熵设计引发的多重极化弛豫与适中的电导率，协同贡献了显著的介电损耗，最低损耗低于-30db；结合sicw优化的阻抗匹配，使材料在常温下兼具强吸收与宽有效带宽，在2-18ghz内最大有效吸收带宽（≤-10db）可达4ghz以上；通过利用一步熔盐法原位合成，促使中熵相直接在sicw表面生长为片层状多级结构，实现了两相间牢固的界面结合与均匀分散，工艺流程简捷可控。

1.一种中熵稀土硅碳化物电磁波吸收剂，其特征在于，分子通式为(re1xre2yre3z)3si2c2/sicw，其中，re1、re2和re3为三种互不相同的稀土元素，x、y和z分别为各稀土元素的摩尔分数，取值范围均为0.2-0.6，满足x+y+z=1。

2.根据权利要求1所述的中熵稀土硅碳化物电磁波吸收剂，其特征在于：re1元素选自la、ce、pr或nd；re2元素选自sm、gd、tb或dy；re3元素选自y、ho、er或tm。

3.根据权利要求1所述的中熵稀土硅碳化物电磁波吸收剂，其特征在于：三种稀土元素离子半径不同，且离子半径呈梯度变化。

4.一种中熵稀土硅碳化物电磁波吸收剂制备方法，用于制备权利要求1或2或3的中熵稀土硅碳化物电磁波吸收剂，其特征在于：包括：

5.根据权利要求4所述的中熵稀土硅碳化物电磁波吸收剂制备方法，其特征在于：步骤1中，熔盐为氟化物熔盐、氟氯化物共晶盐或氯化物熔盐中的至少一种；熔盐与反应原料的总质量比为1:1至5:1。

6.根据权利要求4所述的中熵稀土硅碳化物电磁波吸收剂制备方法，其特征在于：步骤2中，高温反应的反应温度为1100℃-1500℃，保温时间为3-6h。