一种超高性能太赫兹吸收海绵及其制备方法与流程

1.本发明属于电子材料技术领域，具体涉及一种超高性能太赫兹吸收海绵及其制备方法。


背景技术：

2.随着太赫兹器件的发展，复杂电子系统的电磁辐射和干扰的控制需满足一定标准，因此，研制出高性能的太赫兹吸收系统在军事和民用方面的应用更为重要。例如，广泛使用的太赫兹发射抑或探测天线由于其旁瓣辐射，不可避免地会造成太赫兹电磁污染；为了达到更好的隐身效果，需要太赫兹雷达来降低雷达回波。
3.目前，主流的吸波材料均具有较高电磁损耗的致密屏蔽材料往往伴随着较高的导电性。而由于材料固有的高导电性，导致材料表面特别是太赫兹波段会产生强烈的电磁反射[carbon 153(2019)330
‑
336.][carbon 158(2020)45
‑
54.][compos.part a 140(2021)106159.]。因此，在不牺牲电磁干扰屏蔽性能的情况下，电磁波的吸收效率很难被提高。最近，通过热还原多孔3d氧化石墨烯作为太赫兹吸收体，在0.1～1.2太赫兹的带宽下，其吸收率为19db[chem.eng.j.394(2020)124806.]。然而，该材料必须在1500℃下退火，使得石墨烯泡沫非常脆弱，不利于实际应用。


技术实现要素：

[0004]
本发明的目的就是为了解决上述问题而提供一种超高性能太赫兹吸收海绵及其制备方法，本发明工艺简单、成本低廉。
[0005]
本发明的目的通过以下技术方案实现：
[0006]
一种超高性能太赫兹吸收海绵，包括柔性基底层和感应导电复合材料层；其中：
[0007]
所述柔性基底层为透气的海绵基底层，包括三聚氰胺海绵与聚氨酯海绵；
[0008]
所述感应导电复合材料层主要为镍与羧基化碳纳米管，所述羧基化碳纳米管的长径比为1500～1700:1，优选地，所述羧基化碳纳米管长径比为1600:1。
[0009]
本发明采用羧基化碳纳米管，以其优异的导电性与致密的导电网络构建起的吸收层，极大地促进电磁吸收技术的发展。采用自催化化学镀技术和滴涂蒸发法制备透气轻质的镍/羧基化碳纳米管包覆的海绵，由于镍层与羧基化碳纳米管层的协同复合作用，使制备的太赫兹复合材料在0.1～2.5太赫兹范围内具有超高的电磁吸收效率，其平均效能可超过40db，厚度为～8mm。
[0010]
上述的超高性能太赫兹吸收海绵的制备方法，其具体步骤为：
[0011]
(1)用koh溶液丝光处理海绵织物样品30分钟，然后用稀释的盐酸和去离子水冲洗，直到溶液的ph值为7；
[0012]
(2)而后用紫外线光处理海绵织物样品30分钟；
[0013]
(3)将织物置于3
‑
氨基丙基三乙氧基硅烷混合液中浸泡，液体为水，而后将其置于烘箱中烘干；
[0014]
(4)将表面改性后的织物在室温下浸泡于镍离子溶液中，溶液的溶质是niso4，溶剂为水，而后将浸泡后的织物放置于硼氢化钠溶液中，溶剂为水；
[0015]
(5)镍纳米粒子活化后，立即将活化后的海绵织物样品浸入镍化学镀液中。从化学镀液中取出后，将织物样品用去离子水冲洗，并放入烘箱中，以促进表面干燥；
[0016]
(6)之后，将镍包覆的海绵样品完全沉浸到羧基化碳纳米管分散溶液中，其中液体为水，然后将样品在烤箱中烘烤。
[0017]
根据上述的制备方法，步骤(1)中，koh溶液的溶质是koh，溶剂为水，koh与水的质量比为1:500
‑
1:50。
[0018]
根据上述的制备方法，步骤(2)中，紫外线光强度为0.1
‑
2mw/cm2的处理海绵织物样品5
‑
60分钟。
[0019]
根据上述的制备方法，步骤(3)中，3
‑
氨基丙基三乙氧基硅烷水溶液中溶质与溶剂体积比为1:1
‑
1:20。
[0020]
根据上述的制备方法，步骤(4)中，硼氢化钠溶液溶剂为水，浓度为0.1
‑
2m。
[0021]
根据上述的制备方法，步骤(5)中，镍离子溶液的配方是将六水硫酸镍、二甲氨基硼烷和焦磷酸钠溶于去离子水中，其溶质的浓度分别为：六水硫酸镍6
‑
10g/l、二甲氨基硼烷0.2
‑
1g/l、焦磷酸钠溶液15
‑
25g/l。
[0022]
根据上述的制备方法，步骤(6)中，羧基化碳纳米管分散液中液体为水，羧基化碳纳米管质量百分比为1:10
‑
1:300。
[0023]
本发明的太赫兹吸收海绵，由于镍层与羧基化碳纳米管层的协同复合作用，具有超高的太赫兹吸收性能。
[0024]
本发明的太赫兹吸收海绵，由于表面的多孔结构，其与空气的阻抗匹配程度极高，达到了几乎为零的反射性能，超过绝大多数太赫兹吸收体。
[0025]
本发明的太赫兹吸收海绵，由于独特的多孔结构，在很低的负载量下达到很高的效率，其绝对吸收效率极高，超过绝大多数太赫兹吸收体。
[0026]
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
[0027]
(1)该超高性能太赫兹吸收海绵具有普适性，对于绝大多数海绵基底都适用。
[0028]
(2)该多功能柔性传感器具有快速大规模制备、成本低廉、产品性能好、操作简单、环保等特点。
[0029]
(3)该超高性能太赫兹吸收体在军事和民用等多场景下均有着广泛的应用前景。
附图说明
[0030]
图1为超高性能太赫兹吸收海绵的制备流程图；
[0031]
图2为超高性能太赫兹吸收海绵导电材料层的扫描电镜图。
具体实施方式
[0032]
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细描述。
[0033]
实施例中，六水硫酸镍在水中浓度为6、7、8g/l，羧基化碳纳米管分散溶液中，液体为水，羧基化碳纳米管与水的质量比为1:50、1:100、1:200。
[0034]
超高性能太赫兹吸收海绵的性能测试方法为：整个系统采用中心波长为1550nm、脉宽为40fs的飞秒光纤激光器作为激励源，在室温22℃、湿度5％的条件下，利用砷化镓晶体的电光效应分别产生和接收太赫兹信号，入射太赫兹波的功率为50μw，整个实验的测试时间步长为0.067ps。
[0035]
实施例1
[0036]
如图1为超高性能太赫兹吸收海绵的制备流程图，具体步骤为：
[0037]
(1)用koh溶液丝光处理海绵织物样品30分钟，溶质是koh，溶剂为水，koh与水的质量比为1:100，然后用稀释的盐酸和去离子水冲洗，直到溶液的ph值为7；
[0038]
(2)而后用强度为0.2mw/cm2的紫外线光处理海绵织物样品30分钟；
[0039]
(3)将织物置于3
‑
氨基丙基三乙氧基硅烷混合液中浸泡，液体为水，其体积比为1:10，而后将其置于烘箱中烘干；
[0040]
(4)将表面改性后的织物在室温下浸泡于镍离子溶液中，而后将浸泡后的织物放置于浓度为0.5m的硼氢化钠溶液中，溶剂为水；
[0041]
(5)镍纳米粒子活化后，立即将活化后的海绵织物样品浸入镍化学镀液中。镀液液的配方是将六水硫酸镍、二甲氨基硼烷和焦磷酸钠溶于去离子水中，其溶质的浓度分别为：六水硫酸镍6g/l、二甲氨基硼烷0.5g/l、焦磷酸钠溶液20g/l。从化学镀液中取出后，将织物样品用去离子水冲洗，并放入烘箱中，以促进表面干燥；
[0042]
(6)之后，将镍包覆的海绵样品完全沉浸到羧基化碳纳米管分散溶液中20分钟，羧基化碳纳米管分散液中液体为水，羧基化碳纳米管与水质量比为1:200，然后将样品在40℃烤箱中烘烤20分钟。
[0043]
图2为超高性能太赫兹吸收海绵导电材料层的扫描电镜图，制备的太赫兹吸波材料在0.1～2.5太赫兹范围内平均吸收率超过40db，厚度为～8mm，反射几乎为0。本发明对太赫兹吸收体具有重要的意义，且具有很高的可重复性。
[0044]
实施例2
[0045]
(1)用koh溶液丝光处理海绵织物样品30分钟，溶质是koh，溶剂为水，koh与水的质量比为1:100，然后用稀释的盐酸和去离子水冲洗，直到溶液的ph值为7；
[0046]
(2)而后用强度为0.2mw/cm2的紫外线光处理海绵织物样品30分钟；
[0047]
(3)将织物置于3
‑
氨基丙基三乙氧基硅烷混合液中浸泡，液体为水，其体积比为1:10，而后将其置于烘箱中烘干；
[0048]
(4)将表面改性后的织物在室温下浸泡于镍离子溶液中，而后将浸泡后的织物放置于浓度为0.5m的硼氢化钠溶液中，溶剂为水；
[0049]
(5)镍纳米粒子活化后，立即将活化后的海绵织物样品浸入镍化学镀液中。镀液液的配方是将六水硫酸镍、二甲氨基硼烷和焦磷酸钠溶于去离子水中，其溶质的浓度分别为：六水硫酸镍6g/l、二甲氨基硼烷0.5g/l、焦磷酸钠溶液20g/l。从化学镀液中取出后，将织物样品用去离子水冲洗，并放入烘箱中，以促进表面干燥；
[0050]
(6)之后，将镍包覆的海绵样品完全沉浸到羧基化碳纳米管分散溶液中20分钟，羧基化碳纳米管分散液中液体为水，羧基化碳纳米管与水质量比为1:100，然后将样品在40℃烤箱中烘烤20分钟。
[0051]
制备的太赫兹吸波材料在0.1～2.5太赫兹范围内平均吸收率超过43db，厚度为～
8mm，反射几乎为0。本发明对太赫兹吸收体具有重要的意义，且具有很高的可重复性。
[0052]
实施例3
[0053]
(1)用koh溶液丝光处理海绵织物样品30分钟，溶质是koh，溶剂为水，koh与水的质量比为1:100，然后用稀释的盐酸和去离子水冲洗，直到溶液的ph值为7；
[0054]
(2)而后用强度为0.2mw/cm2的紫外线光处理海绵织物样品30分钟；
[0055]
(3)将织物置于3
‑
氨基丙基三乙氧基硅烷混合液中浸泡，液体为水，其体积比为1:10，而后将其置于烘箱中烘干；
[0056]
(4)将表面改性后的织物在室温下浸泡于镍离子溶液中，而后将浸泡后的织物放置于浓度为0.5m的硼氢化钠溶液中，溶剂为水；
[0057]
(5)镍纳米粒子活化后，立即将活化后的海绵织物样品浸入镍化学镀液中。镀液液的配方是将六水硫酸镍、二甲氨基硼烷和焦磷酸钠溶于去离子水中，其溶质的浓度分别为：六水硫酸镍6g/l、二甲氨基硼烷0.5g/l、焦磷酸钠溶液20g/l。从化学镀液中取出后，将织物样品用去离子水冲洗，并放入烘箱中，以促进表面干燥；
[0058]
(6)之后，将镍包覆的海绵样品完全沉浸到羧基化碳纳米管分散溶液中20分钟，羧基化碳纳米管分散液中液体为水，羧基化碳纳米管与水质量比为1:50，然后将样品在40℃烤箱中烘烤20分钟。
[0059]
制备的太赫兹吸波材料在0.1～2.5太赫兹范围内平均吸收率超过47db，厚度为～8mm，反射几乎为0。本发明对太赫兹吸收体具有重要的意义，且具有很高的可重复性。
[0060]
实施例4
[0061]
(1)用koh溶液丝光处理海绵织物样品30分钟，溶质是koh，溶剂为水，koh与水的质量比为1:100，然后用稀释的盐酸和去离子水冲洗，直到溶液的ph值为7；
[0062]
(2)而后用强度为0.2mw/cm2的紫外线光处理海绵织物样品30分钟；
[0063]
(3)将织物置于3
‑
氨基丙基三乙氧基硅烷混合液中浸泡，液体为水，其体积比为1:10，而后将其置于烘箱中烘干；
[0064]
(4)将表面改性后的织物在室温下浸泡于镍离子溶液中，而后将浸泡后的织物放置于浓度为0.5m的硼氢化钠溶液中，溶剂为水；
[0065]
(5)镍纳米粒子活化后，立即将活化后的海绵织物样品浸入镍化学镀液中。镀液液的配方是将六水硫酸镍、二甲氨基硼烷和焦磷酸钠溶于去离子水中，其溶质的浓度分别为：六水硫酸镍7g/l、二甲氨基硼烷0.5g/l、焦磷酸钠溶液20g/l。从化学镀液中取出后，将织物样品用去离子水冲洗，并放入烘箱中，以促进表面干燥；
[0066]
(6)之后，将镍包覆的海绵样品完全沉浸到羧基化碳纳米管分散溶液中20分钟，羧基化碳纳米管分散液中液体为水，羧基化碳纳米管与水质量比为1:200，然后将样品在40℃烤箱中烘烤20分钟。
[0067]
制备的太赫兹吸波材料在0.1～2.5太赫兹范围内平均吸收率超过43db，厚度为～8mm，反射几乎为0。本发明对太赫兹吸收体具有重要的意义，且具有很高的可重复性。
[0068]
实施例5
[0069]
(1)用koh溶液丝光处理海绵织物样品30分钟，溶质是koh，溶剂为水，koh与水的质量比为1:100，然后用稀释的盐酸和去离子水冲洗，直到溶液的ph值为7；
[0070]
(2)而后用强度为0.2mw/cm2的紫外线光处理海绵织物样品30分钟；
[0071]
(3)将织物置于3
‑
氨基丙基三乙氧基硅烷混合液中浸泡，液体为水，其体积比为1:10，而后将其置于烘箱中烘干；
[0072]
(4)将表面改性后的织物在室温下浸泡于镍离子溶液中，而后将浸泡后的织物放置于浓度为0.5m的硼氢化钠溶液中，溶剂为水；
[0073]
(5)镍纳米粒子活化后，立即将活化后的海绵织物样品浸入镍化学镀液中。镀液液的配方是将六水硫酸镍、二甲氨基硼烷和焦磷酸钠溶于去离子水中，其溶质的浓度分别为：六水硫酸镍7g/l、二甲氨基硼烷0.5g/l、焦磷酸钠溶液20g/l。从化学镀液中取出后，将织物样品用去离子水冲洗，并放入烘箱中，以促进表面干燥；
[0074]
(6)之后，将镍包覆的海绵样品完全沉浸到羧基化碳纳米管分散溶液中20分钟，羧基化碳纳米管分散液中液体为水，羧基化碳纳米管与水质量比为1:100，然后将样品在40℃烤箱中烘烤20分钟。
[0075]
制备的太赫兹吸波材料在0.1～2.5太赫兹范围内平均吸收率超过46db，厚度为～8mm，反射几乎为0。本发明对太赫兹吸收体具有重要的意义，且具有很高的可重复性。
[0076]
实施例6
[0077]
(1)用koh溶液丝光处理海绵织物样品30分钟，溶质是koh，溶剂为水，koh与水的质量比为1:100，然后用稀释的盐酸和去离子水冲洗，直到溶液的ph值为7；
[0078]
(2)而后用强度为0.2mw/cm2的紫外线光处理海绵织物样品30分钟；
[0079]
(3)将织物置于3
‑
氨基丙基三乙氧基硅烷混合液中浸泡，液体为水，其体积比为1:10，而后将其置于烘箱中烘干；
[0080]
(4)将表面改性后的织物在室温下浸泡于镍离子溶液中，而后将浸泡后的织物放置于浓度为0.5m的硼氢化钠溶液中，溶剂为水；
[0081]
(5)镍纳米粒子活化后，立即将活化后的海绵织物样品浸入镍化学镀液中。镀液液的配方是将六水硫酸镍、二甲氨基硼烷和焦磷酸钠溶于去离子水中，其溶质的浓度分别为：六水硫酸镍7g/l、二甲氨基硼烷0.5g/l、焦磷酸钠溶液20g/l。从化学镀液中取出后，将织物样品用去离子水冲洗，并放入烘箱中，以促进表面干燥；
[0082]
(6)之后，将镍包覆的海绵样品完全沉浸到羧基化碳纳米管分散溶液中20分钟，羧基化碳纳米管分散液中液体为水，羧基化碳纳米管与水质量比为1:50，然后将样品在40℃烤箱中烘烤20分钟。
[0083]
制备的太赫兹吸波材料在0.1～2.5太赫兹范围内平均吸收率超过49db，厚度为～8mm，反射几乎为0。本发明对太赫兹吸收体具有重要的意义，且具有很高的可重复性。
[0084]
实施例7
[0085]
(1)用koh溶液丝光处理海绵织物样品30分钟，溶质是koh，溶剂为水，koh与水的质量比为1:100，然后用稀释的盐酸和去离子水冲洗，直到溶液的ph值为7；
[0086]
(2)而后用强度为0.2mw/cm2的紫外线光处理海绵织物样品30分钟；
[0087]
(3)将织物置于3
‑
氨基丙基三乙氧基硅烷混合液中浸泡，液体为水，其体积比为1:10，而后将其置于烘箱中烘干；
[0088]
(4)将表面改性后的织物在室温下浸泡于镍离子溶液中，而后将浸泡后的织物放置于浓度为0.5m的硼氢化钠溶液中，溶剂为水；
[0089]
(5)镍纳米粒子活化后，立即将活化后的海绵织物样品浸入镍化学镀液中。镀液液
的配方是将六水硫酸镍、二甲氨基硼烷和焦磷酸钠溶于去离子水中，其溶质的浓度分别为：六水硫酸镍8g/l、二甲氨基硼烷0.5g/l、焦磷酸钠溶液20g/l。从化学镀液中取出后，将织物样品用去离子水冲洗，并放入烘箱中，以促进表面干燥；
[0090]
(6)之后，将镍包覆的海绵样品完全沉浸到羧基化碳纳米管分散溶液中20分钟，羧基化碳纳米管分散液中液体为水，羧基化碳纳米管与水质量比为1:200，然后将样品在40℃烤箱中烘烤20分钟。
[0091]
制备的太赫兹吸波材料在0.1～2.5太赫兹范围内平均吸收率超过45db，厚度为～8mm，反射几乎为0。本发明对太赫兹吸收体具有重要的意义，且具有很高的可重复性。
[0092]
实施例8
[0093]
(1)用koh溶液丝光处理海绵织物样品30分钟，溶质是koh，溶剂为水，koh与水的质量比为1:100，然后用稀释的盐酸和去离子水冲洗，直到溶液的ph值为7；
[0094]
(2)而后用强度为0.2mw/cm2的紫外线光处理海绵织物样品30分钟；
[0095]
(3)将织物置于3
‑
氨基丙基三乙氧基硅烷混合液中浸泡，液体为水，其体积比为1:10，而后将其置于烘箱中烘干；
[0096]
(4)将表面改性后的织物在室温下浸泡于镍离子溶液中，而后将浸泡后的织物放置于浓度为0.5m的硼氢化钠溶液中，溶剂为水；
[0097]
(5)镍纳米粒子活化后，立即将活化后的海绵织物样品浸入镍化学镀液中。镀液液的配方是将六水硫酸镍、二甲氨基硼烷和焦磷酸钠溶于去离子水中，其溶质的浓度分别为：六水硫酸镍8g/l、二甲氨基硼烷0.5g/l、焦磷酸钠溶液20g/l。从化学镀液中取出后，将织物样品用去离子水冲洗，并放入烘箱中，以促进表面干燥；
[0098]
(6)之后，将镍包覆的海绵样品完全沉浸到羧基化碳纳米管分散溶液中20分钟，羧基化碳纳米管分散液中液体为水，羧基化碳纳米管与水质量比为1:100，然后将样品在40℃烤箱中烘烤20分钟。
[0099]
制备的太赫兹吸波材料在0.1～2.5太赫兹范围内平均吸收率超过49db，厚度为～8mm，反射几乎为0。本发明对太赫兹吸收体具有重要的意义，且具有很高的可重复性。
[0100]
实施例9
[0101]
(1)用koh溶液丝光处理海绵织物样品30分钟，溶质是koh，溶剂为水，koh与水的质量比为1:100，然后用稀释的盐酸和去离子水冲洗，直到溶液的ph值为7；
[0102]
(2)而后用强度为0.2mw/cm2的紫外线光处理海绵织物样品30分钟；
[0103]
(3)将织物置于3
‑
氨基丙基三乙氧基硅烷混合液中浸泡，液体为水，其体积比为1:10，而后将其置于烘箱中烘干；
[0104]
(4)将表面改性后的织物在室温下浸泡于镍离子溶液中，而后将浸泡后的织物放置于浓度为0.5m的硼氢化钠溶液中，溶剂为水；
[0105]
(5)镍纳米粒子活化后，立即将活化后的海绵织物样品浸入镍化学镀液中。镀液液的配方是将六水硫酸镍、二甲氨基硼烷和焦磷酸钠溶于去离子水中，其溶质的浓度分别为：六水硫酸镍8g/l、二甲氨基硼烷0.5g/l、焦磷酸钠溶液20g/l。从化学镀液中取出后，将织物样品用去离子水冲洗，并放入烘箱中，以促进表面干燥；
[0106]
(6)之后，将镍包覆的海绵样品完全沉浸到羧基化碳纳米管分散溶液中20分钟，羧基化碳纳米管分散液中液体为水，羧基化碳纳米管与水质量比为1:200，然后将样品在40℃
烤箱中烘烤20分钟。
[0107]
制备的太赫兹吸波材料在0.1～2.5太赫兹范围内平均吸收率超过51db，厚度为～8mm，反射几乎为0。本发明对太赫兹吸收体具有重要的意义，且具有很高的可重复性。
[0108]
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。