一种MOF衍生CoFe碳基吸波材料及制备方法与应用

本发明涉及mof衍生纳米复合材料与微波吸收，尤其是涉及一种mof衍生cofe碳基吸波材料及制备方法与应用。

背景技术：

1、随着5g/6g通信、雷达探测、电子装备快速普及，电磁干扰、电磁辐射污染问题愈发严重，军用隐身装备、民用电磁防护领域均迫切需求轻质、超薄、宽频、强电磁波衰减的吸波材料。

2、金属有机框架（mof）衍生碳基/金属复合材料因形貌可控、比表面积高、金属组分可调，成为新一代吸波材料主流研究方向。但单金属mof衍生体系磁损耗、介电损耗无法协同匹配，材料阻抗匹配性能差，有效吸收带宽窄；传统非核壳双金属mof界面结构单一，界面极化、缺陷极化效应不足，电磁波多重散射衰减能力弱。

3、现有技术中，未系统研究热解温度对合金晶相、碳石墨化程度、金属合金化进程的调控机制，材料电磁性能重复性差、稳定性不足；co-fe基吸波材料匹配厚度大、有效吸收带宽窄，无法完整覆盖雷达常用c波段、x波段；制备流程繁琐、原料利用率低，难以批量工业化生产。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种mof衍生cofe碳基吸波材料及制备方法与应用，针对现有mof衍生cofe吸波材料阻抗匹配失衡、异质界面数量少、磁-介电损耗协同效应弱、有效吸收带宽窄、匹配厚度大、工艺可控性差的缺陷，实现2~18ghz全频段高效吸波，在超薄厚度下完整覆盖c、x雷达波段，工艺简单、性能稳定、可规模化制备。

2、为实现上述目的，本发明提供了一种mof衍生cofe碳基吸波材料的制备方法，包括以下步骤：

3、s1、溶剂热法制备co-btc微球；

4、s2、在co-btc表面原位生长铁基mof；

5、s3、在惰性气氛下，于600~900℃进行热解，得到co@fe纳米复合材料。

6、优选的，s1具体为：

7、按比例，将六水合硝酸钴、1,3,5-均苯三甲酸与聚乙烯吡咯烷酮溶解于有机溶剂中，搅拌至澄清后转移至高压反应釜，150~180℃恒温溶剂热反应6~8h，自然冷却，离心收集产物，经洗涤、真空干燥，得到co-btc微球。

8、优选的，所述有机溶剂为n,n-二甲基甲酰胺，六水合硝酸钴、1,3,5-均苯三甲酸、聚乙烯吡咯烷酮与有机溶剂的用量比为1.5~2.5mmol：0.5~1.5mmol：2.5~3.5g：60ml。

9、优选的，所述铁基mof为mil-88a、mil-53、mil-101中的一种。

10、优选的，s2具体为：

11、将co-btc微球分散于溶剂中，加入铁源与有机配体，搅拌均匀后转移至反应釜，100~120℃恒温反应8~10h，使铁基mof在co-btc表面原位均匀生长，反应结束后离心、洗涤、真空干燥，得到梭形co-btc@mil-88a核壳mof粉体。

12、优选的，所述溶剂为无水乙醇，所述铁源为九水合硝酸铁，所述有机配体为富马酸，co-btc微球、溶剂、九水合硝酸铁与富马酸的用量比为0.15~0.25g：60ml：0.5~1.5mmol：1.5~2.5mmol。

13、优选的，s3中，所述惰性气氛为氮气或氩气气氛中的一种。

14、优选的，s3具体为：

15、将梭形co-btc@mil-88a核壳mof粉体置于管式炉中，在氩气气氛保护下，以4~10℃/min的升温速率升温至600~900℃并保温1~3h，随炉自然冷却至室温，得到co@fe纳米复合材料。

16、优选的，将梭形co-btc@mil-88a核壳mof粉体置于管式炉中，在氩气气氛保护下，以5℃/min的升温速率升温至800℃并保温2h，随炉自然冷却至室温，得到co@fe纳米复合材料。

17、本发明还提供了一种mof衍生cofe碳基吸波材料，匹配厚度2.31mm时，有效吸收带宽为6.99ghz，最小反射损耗为-32.37db。

18、本发明还提供了一种mof衍生cofe碳基吸波材料在2~18ghz频段的微波吸收、电磁屏蔽和装备雷达隐身中的应用。

19、优选的，将所述mof衍生cofe碳基吸波材料与粘结剂混合制成吸波涂层，涂层匹配厚度为2.31mm时，有效吸收带宽达6.99ghz，最小反射损耗达-32.37db，覆盖c波段与x波段。

20、因此，本发明采用上述一种mof衍生cofe碳基吸波材料及制备方法与应用，有益效果如下：

21、核壳结构实现多损耗协同增强。本发明采用mof-on-mof核壳前驱体结构，热解后形成丰富的金属-碳异质界面、碳缺陷界面与分级多孔结构，可显著提升界面极化、缺陷极化与电磁波多重散射效应；co3fe7合金相提供强磁损耗，分级多孔碳基体提供介电损耗，二者协同作用实现磁-介损耗的高效匹配，大幅提升电磁波衰减能力。

22、梯度热解精准调控材料性能。本发明通过调控热解温度可精准控制双金属合金化程度、碳石墨化程度与界面结构，优化材料电磁参数与阻抗匹配性能；800℃最优热解条件下，材料兼具强吸收、宽带宽与薄厚度优势，突破了传统cofe基材料的性能瓶颈。

23、吸波性能优异，应用场景广泛。本发明的最优样品cm8在2.31mm超薄厚度下，有效吸收带宽达6.99ghz，可完整覆盖c波段与x波段，最小反射损耗达-32.37db；经cst电磁仿真验证，材料可显著降低目标雷达散射截面，适用于民用电磁防护与军用装备隐身等多种场景。

24、制备工艺简单，可规模化生产。本发明采用两步溶剂热+一步管式炉热解的工艺路线，以co-btc为核、mil-88a为壳构成核壳前驱体，经高温热解形成包含co3fe7合金与多孔碳的纳米复合材料，具有丰富异质界面与分级多孔结构，原料廉价易得，参数可控性强，形貌与性能重复性好，无需复杂后处理，适合批量制备与工程化推广。

25、下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

1.一种mof衍生cofe碳基吸波材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种mof衍生cofe碳基吸波材料的制备方法，其特征在于，s1具体为：

3.根据权利要求2所述的一种mof衍生cofe碳基吸波材料的制备方法，其特征在于：所述铁基mof为mil-88a、mil-53、mil-101中的一种。

4.根据权利要求3所述的一种mof衍生cofe碳基吸波材料的制备方法，其特征在于，s2具体为：

5.根据权利要求4所述的一种mof衍生cofe碳基吸波材料的制备方法，其特征在于：所述铁源为九水合硝酸铁，所述有机配体为富马酸。

6.根据权利要求5所述的一种mof衍生cofe碳基吸波材料的制备方法，其特征在于，s3中，所述惰性气氛为氮气或氩气气氛中的一种。

7.根据权利要求6所述的一种mof衍生cofe碳基吸波材料的制备方法，其特征在于，s3具体为：

8.根据权利要求7所述的一种mof衍生cofe碳基吸波材料的制备方法，其特征在于：将梭形co-btc@mil-88a核壳mof粉体置于管式炉中，在氩气气氛保护下，以5℃/min的升温速率升温至800℃并保温2h，随炉自然冷却至室温，得到co@fe纳米复合材料。

9.一种如权利要求1~8任一项所述的mof衍生cofe碳基吸波材料的制备方法制备得到的mof衍生cofe碳基吸波材料，其特征在于：匹配厚度2.31mm时，有效吸收带宽为6.99ghz，最小反射损耗为-32.37db。

10.一种如权利要求9所述的一种mof衍生cofe碳基吸波材料在2~18ghz频段的微波吸收、电磁屏蔽和装备雷达隐身中的应用。