一种碳材料负载水滑石纳米片复合材料及制备方法与应用

本发明属于碳基复合材料，具体涉及一种碳材料负载水滑石纳米片复合材料及制备方法与应用。

背景技术：

1、随着电子通信技术的快速发展，电子设备正朝着高频化、集成化和小型化方向飞速发展。这不仅导致了严重的电磁辐射污染和电磁干扰问题，也对人体健康和信息安全构成了潜在威胁。因此，开发高性能的电磁波吸收材料已成为解决该问题的关键。然而，材料在吸收电磁波过程中产生的热量积累以及电子设备热量积累问题，极易引发火灾，特别是在军事、微波暗室、通信基站和新能源汽车等对安全性要求极高的领域，材料不仅需要具备优异的电磁波衰减能力，还必须拥有可靠的阻燃性能，以防止火灾的发生。因此开发兼具高效电磁波吸收与阻燃功能的多功能吸波复合材料，已成为材料科学领域的前沿方向。

2、在阻燃材料领域，层状双氢氧化物由于独特的二维层板结构、丰富的层间水和阴离子展现了优异的阻燃性能。

3、然而，阻燃剂的直接引入势必会降低材料的电磁波吸收性能，如何使得复合材料电磁波吸收性能和阻燃性能协同提升仍是难点。

技术实现思路

1、本发明的目的在于解决上述问题，提供一种碳材料负载水滑石纳米片复合材料的制备方法和应用，能够实现阻燃和电磁波吸收双功能。

2、具体包括以下步骤：

3、一、制备碳材料：将三聚氰胺泡沫依次经去离子水和无水乙醇洗涤，将洗涤好的三聚氰胺泡沫置于烘箱中干燥；将干燥完成的三聚氰胺泡沫置于管式炉中，在惰性保护气氛下，以一定升温速率升至目标温度后并保温，从而获得碳骨架。

4、二、制备水滑石前驱体溶液：按照一定比例准确称取六水合硝酸钴、九水合硝酸铝、氟化铵、尿素，之后加入到一定体积的去离子水中，充分搅拌溶解形成均一的前驱体溶液1；按照一定比例准确称取六水合硝酸镁、九水合硝酸铝和尿素，之后加入到一定体积的去离子水中，充分搅拌溶解形成均一的前驱体溶液2。

5、三、制备复合材料：将一定质量碳材料加入到前驱体溶液中，进行真空浸渍。之后转移至反应釜中进行水热反应；反应结束后将碳材料取出，进行洗涤以去除杂质，后将碳材料置于真空干燥箱中干燥从而获得复合材料。

6、步骤一中，所述惰性气氛为ar气，目标温度为900°c，升温速率为5 °c/min，保温时间为2h。

7、步骤二中，所述六水合硝酸钴:九水合硝酸铝:氟化铵:尿素的摩尔比为2 : 1 : 5: 70，去离子水体积为70 ml；

8、步骤二中，所述六水合硝酸镁:九水合硝酸铝:尿素的摩尔比为3 : 1 : 7，去离子水体积为60 ml。

9、步骤三中所述碳材料质量为100 mg；真空浸渍真空度为10-50pa，保压时间为2h；水热反应温度为120°c，保温时间为12h；真空干燥温度为60°c，保温时间为12h。

10、本发明有益效果：

11、本发明提供一种碳材料负载水滑石纳米片复合材料，实现电磁波吸收和阻燃双功能。在引入水滑石纳米片后，调节了阻抗匹配，增强介电极化损耗。碳材料形成导电网络，有利于电子的传输和跳跃，导电损耗和电磁波损耗能力大大提升，且三维结构还有利于多重反射，使电磁波进一步衰减。所述碳材料负载水滑石纳米片复合材料以碳骨架为主体，外围包裹一层水滑石纳米片，得益于这种完全被水滑石覆盖的保护层，减缓或避免明火对复合材料的侵蚀，获得较好的阻燃性能。本发明提供上述碳材料负载水滑石纳米片复合材料的应用，所述碳材料负载水滑石纳米片复合材料作为2~18 ghz频段的吸波材料；以及在明火中优异的阻燃性能。

1.一种碳材料负载水滑石纳米片复合材料的制备方法，其特征在于：利用水滑石调控形貌、阻抗匹配和异质界面，获得优异的电磁波吸收和阻燃性能；

2.一种权利要求1所述碳材料负载水滑石纳米片复合材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

3.按照权利要求2所述的碳材料负载水滑石纳米片复合材料的制备方法，其特征在于：步骤一中，所述惰性气氛为ar气，目标温度为900°c，升温速率为5 °c/min，保温时间为2h。

4.根据权利要求2所述的碳材料负载水滑石纳米片复合材料的制备方法，其特征在于：步骤二中，所述六水合硝酸钴:九水合硝酸铝:氟化铵:尿素的摩尔比为2 : 1 : 5 : 70，去离子水体积为70 ml；步骤二中，所述六水合硝酸镁:九水合硝酸铝:尿素的摩尔比为3 : 1: 7，去离子水体积为60 ml。

5.根据权利要求2所述的碳骨架负载水滑石纳米片复合材料的制备方法，其特征在于，步骤三中所述碳骨架质量为100 mg；真空浸渍真空度为10-50pa，保压时间为2h；水热反应温度为120°c，保温时间为12h；真空干燥温度为60°c，保温时间为12h。

6.一种碳骨架负载水滑石纳米片复合材料，其特征在于，所述碳材料负载水滑石纳米片复合材料，采用权利要求1~5任一项所述的制备方法得到；所述碳材料负载水滑石纳米片复合材料为核壳结构，通过静电自组装形成。

7.权利要求6所述的碳材料负载水滑石纳米片复合材料的应用，其特征在于，所述碳材料负载水滑石纳米片复合材料作为2~18 ghz频段的吸波材料；以及在酒精灯燃烧实验中优异的阻燃性能。