一种二维FeNi@MoS2纳米结构电磁波吸收材料及其制备方法

一种二维feni@mos2纳米结构电磁波吸收材料及其制备方法
技术领域
1.本发明涉及纳米结构电磁波吸收材料领域，具体涉及一种二维feni@mos2纳米结构电磁波吸收材料及其制备方法。


背景技术：

2.随着科技的进步，手机，电脑等电子设备给人们带来了很多的方便。然而，电磁波在不经意间危害人们的身体健康，影响机械设备的正常运行，严重的还有可能泄露信息，危害个人和国家的信息安全。因此，寻找一种先进的电磁波吸收材料来解决电磁波辐射造成的电磁波污染具有重要的研究意义。就目前对电磁波吸收的研究而言，电磁波吸收材料可以分为：磁损耗材料和介电损耗材料。磁损耗材料一般包括铁氧体、金属氧化物、磁性合金颗粒；介电损耗材料一般包括碳质材料和导电聚合物。“重量轻、带宽宽、衰减能力好、厚度薄”是目前电磁波吸收材料的追求。传统的吸收剂，如金属，由于具有较高的电导率和介电常数而具有较强的电磁波吸收性能，但其实际应用中纯金属存在耐腐蚀性差、造价高、密度大等缺点。并且根据阻抗匹配条件，理想的电磁吸波剂应该具有适中的介电常数和高的磁导率。另外，多间隙结构能够的有效的反射电磁波，进而更多地损耗掉电磁波。
3.近年来研究发现，二硫化钼(mos2)作为过渡金属二卤族化合物(tmds)的代表，因其优良的电子特性和优异的化学与物理性质而成为具有吸引力的微波吸收材料之一。两个六边形(2h)相mos2来源于自然界的辉钼矿。理论研究表明，mos2的带隙随着晶体厚度的减小而增加，其带隙可以从体中1.2ev的间接带隙到单层带隙1.9ev的直接带隙。层状结构的mos2是通过s-mo-s键形成稳定的面内键，使其具有0.62nm的层间距有利于钠离子快速通过层的嵌入和脱嵌，说明辉钼矿可以很容易地被剥离成单层或者几层的纳米片。在电磁波吸收的应用中，mos2在层间的相互作用会产生极化行为并引起电磁波的介电损耗，表明其具有优异的电磁波吸收性能的潜能。然而，纯的mos2在电磁波吸收并没有很好的效果，为了实现阻抗匹配，mos2与各种介电材料或者磁性材料进行复合。


技术实现要素：

4.本发明目的在于，制备一种具有宽的有效吸收频带和优异的微波吸收性能的二维纳米结构的feni@mos2电磁波吸收材料
5.本发明提供一种二维feni@mos2纳米结构电磁波吸收材料的制备方法，包括以下步骤：
6.步骤1，采用电化学法把辉钼矿剥离得到单层或几层的纳米片：
7.把四丁基溴化铵的乙腈溶液倒入电化学池内，铂电极和片状辉钼矿分别与电化学池的正极和负极连接；通过给电化学池施加电压进行电化学反应，得到剥离后的辉钼矿；
8.将所得到的剥离后的辉钼从电化学池中取出，并进行清洗；
9.向清洗好后的辉钼矿中加入去离子水进行冰冻处理，之后通过冻干机干燥，得到纳米片状辉钼矿；
10.步骤2，制备feni@mos2：
11.制备nicl2和fecl3水溶液，并将mos2溶解到所述nicl2和fecl3水溶液中，得到溶液a，所述nicl2和fecl3水溶液中，ni元素和fe元素的物质的量浓度相同；
12.将naoh水溶液和n2h4水溶液依次加入溶液a中,得到溶液b；
13.将步骤1中得到的纳米片状辉钼矿和溶液b一起放入水热反应釜进行水热反应；反应结束将产物离心、干燥，得到feni@mos2。
14.作为优选，所述步骤1中，所述四丁基溴化铵的乙腈溶液的浓度为8mg/ml
15.作为优选，所述步骤2中，所述溶液a的制备方法为：将l mmolnicl2·
6h2o和l mmol fecl3·
6h2o溶解到40ml去离子水中，加入质量为40到100mg的mos2，并进行超声处理，得到溶液a。
16.作为优选，所述步骤2中，所述溶液b的制备方法为：将10ml 5mol/l的naoh溶液和8ml 80wt％的n2h4·
h2o溶液依次加入溶液a。
17.作为优选，所述步骤1中，电化学反应需要直流电压为12v；所述步骤2中，所述水热反应的反应条件为：在150℃下反应8小时，所述干燥的条件为：真空中60℃下干燥12小时。
18.作为优选，所述步骤1中，给电化学池施加的所述电压为直流电压为12v，进行所述电化学反应时间为8小时。
19.作为优选，所述步骤1中，所述四丁基溴化铵的乙腈溶液的制备方法为：将四丁基溴化铵加入乙腈并超声处理，得到四丁基溴化铵的乙腈溶液；
20.本发明还提供一种feni@mos2纳米结构电磁波吸收材料，所述feni@mos2纳米结构电磁波吸收材料由若干二维片状结构堆叠而成，每个所述二维片状结构为辉钼矿被剥离后得到纳米片状辉钼矿，每个所述纳米片状辉钼矿由单层或若干层的mos2组成；所述二维片状结构的表面和相邻的二维片状结构之间，分布有fe和ni双金属合金颗粒，堆叠的所述二维片状结构之间存在纳米级的间隙。
21.本发明的有益效果
22.(1)本发明的实验和理论结果都表明，通过离子插层手段使得辉钼矿剥离成单层或几层的纳米片，再与feni合金颗粒进行复合得到的二维纳米结构材料可以表现出更加优越电磁波吸收性能。其中，当电化学反应过程中，四丁基溴化铵的浓度为8mg/ml，剥离时间为8h效果最佳，本发明二维多间隙结构feni@mos2纳米材料表现出非常优异的微波吸收性能和较宽的有效吸收频带，是一种比较理想的微波吸收材料。
23.(2)该纳米材料的形貌可通过mos2掺杂比来调控，进而得到二维多间隙结构feni@mos2纳米材料。二维多间隙结构可以产生较大的表面积，这可以增强入射波的多重反射和散射，为电磁波提供了更多的接触点。因此，本发明在可以实现较强的反射损耗和较宽的有效吸收频带。
24.(3)同时本发明无需使用剧毒化学试剂制备，方法步骤简单，可控性强，成本低，可以用于大规模工业化生产。这一重要结果亦为理想微波吸收材料研究和开发提供了强有力的理论依据和实验基础。
25.(4)本发明提供二维纳米结构feni@mos2电磁波吸收材料制备方法，无需使用剧毒的有机溶剂，方法步骤简单，可控性强，成本低，可以用于大规模工业化生产。
附图说明
26.为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单介绍，后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本发明的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。附图中：
27.图1为本发明制得的feni、mos2和feni@mos2的x射线衍射图谱；
28.图2为本发明mos2被剥离后的sem图片；
29.图3为本发明实施例1制得的feni@mos
2-40的sem图片；
30.图4为本发明实施例2制得的feni@mos
2-70的sem图片
31.图5为本发明实施例3制得的feni@mos
2-100的sem图片；
32.图6为本发明实施例2制得的feni@mos
2-70的tem图片；
33.图7为本发明实施例1制得的feni@mos
2-40的反射损耗图；
34.图8为本发明实施例2制得的feni@mos
2-70的反射损耗图；
35.图9为本发明实施例3制得的feni@mos
2-100的反射损耗图。
具体实施方式
36.为了使本技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本技术进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅用以解释本技术，并不用于限定本技术。本发明中，若非特指，所采用的原料和设备等均可从市场购得或是本领域常用的，实施例中的方法，如无特别说明，均为本领域的常规方法。
37.本发明制备方法得到的feni@mos2吸波材料呈现出二维多间隙结构，其纳米材料的形貌可通过mos2掺杂比来调控。feni@mos2的制备过程：首先称取适量的四丁基溴化铵溶于乙腈溶液并超声，配制成8mg/ml溶液。把配制好的溶液倒入电化学池内，将辉钼矿剥离成单层或几层的纳米片；将一定量的nicl2·
6h2o和fecl3·
6h2o添加到去离子水中超声至完全溶解再加入一定量的naoh和n2h4·
h2o(40wt％)。将步骤1中的产物一起放入水热反应釜进行水热反应。在高温高压的环境下，水热法合成得到大量的产物，将产物离心、干燥，便可收集到feni@mos2产物。
38.本发明feni@mos2吸波材料的制备方法，具体包括如下步骤：
39.实施例1
40.步骤1，首先称取适量的四丁基溴化铵溶于乙腈溶液并超声，配制成8mg/ml溶液。把配制好的溶液倒入电化学池内，铂电极和片状辉钼矿分别与电化学池的正极和负极连接。给电化学池施加12v的电压，剥离8小时。剥离结束后，把剥离好的辉钼矿取出用去离子水和无水乙醇各洗两遍。把清洗好后的辉钼矿放入试管中，加入适量的去离子水，放入冰箱冰冻，把冰冻好的辉钼矿放入冻干机干燥并收集。
41.步骤2，首先取l mmolnicl2·
6h2o和l mmol fecl3·
6h2o溶解到40ml去离子水中，此时加入40mg mos2，超声30min形成溶液a。随后将10ml naoh溶液(5mol/l)和8ml n2h4·
h2o溶液(80wt％)依次加入溶液a中形成溶液b。之后将溶液b倒入装有100ml聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜中，在150℃下反应8小时，得到的产物通过磁性收集获得，用去离子水和乙醇交替清洗数次，最后将产物放置在真空中60℃下干燥12h并研磨收集，得到的样品记为
feni@mos
2-40。
42.实施例2
43.步骤1，首先称取适量的四丁基溴化铵溶于乙腈溶液并超声，配制成8mg/ml溶液。把配制好的溶液倒入电化学池内，铂电极和片状辉钼矿分别与电化学池的正极和负极连接。给电化学池施加12v的电压，剥离8小时。剥离结束后，把剥离好的辉钼矿取出用去离子水和无水乙醇各洗两遍。把清洗好后的辉钼矿放入试管中，加入适量的去离子水，放入冰箱冰冻，把冰冻好的辉钼矿放入冻干机干燥并收集。
44.步骤2，首先取l mmolnicl2·
6h2o和l mmol fecl3·
6h2o溶解到40ml去离子水中，此时加入70mg mos2，超声30min形成溶液a。随后将10ml naoh溶液(5mol/l)和8ml n2h4·
h2o溶液(80wt％)依次加入溶液a中形成溶液b。之后将溶液b倒入装有100ml聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜中，在150℃下反应8小时，得到的产物通过磁性收集获得，用去离子水和乙醇交替清洗数次，最后将产物放置在真空中60℃下干燥12h并研磨收集，得到的样品记为feni@mos
2-70。
45.实施例3
46.步骤1，首先称取适量的四丁基溴化铵溶于乙腈溶液并超声，配制成8mg/ml溶液。把配制好的溶液倒入电化学池内，铂电极和片状辉钼矿分别与电化学池的正极和负极连接。给电化学池施加12v的电压，剥离8小时。剥离结束后，把剥离好的辉钼矿取出用去离子水和无水乙醇各洗两遍。把清洗好后的辉钼矿放入试管中，加入适量的去离子水，放入冰箱冰冻，把冰冻好的辉钼矿放入冻干机干燥并收集。
47.步骤2，首先取l mmolnicl2·
6h2o和l mmol fecl3·
6h2o溶解到40ml去离子水中，此时加入70mg mos2，超声30min形成溶液a。随后将10ml naoh溶液(5mol/l)和8ml n2h4·
h2o溶液(80wt％)依次加入溶液a中形成溶液b。之后将溶液b倒入装有100ml聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜中，在150℃下反应8小时，得到的产物通过磁性收集获得，用去离子水和乙醇交替清洗数次，最后将产物放置在真空中60℃下干燥12h并研磨收集，得到的样品记为feni@mos
2-100。
48.图1显示了feni、mos2和feni@mos2的xrd图。对应于所有衍射峰的标准图案如下：feni(jcpds 47-1417)和mos2(jcpds 37-1492)。从图1的xrd图中，位于2θ＝43.920
°
、50.140
°
和75.317
°
的衍射峰对应于feni的(111)、(200)和(220)。位于2θ＝14.378
°
、29.026
°
、44.151
°
、60.144
°
和77.570
°
的衍射峰对应于mos2的(002)、(004)、(006)、(008)和(0010)。在复合材料feni@mos2出现了feni和mos2主要的衍射峰。图1的衍射峰强度高且尖锐，表明feni@mos2具有良好的结晶度。xrd图谱说明成功合成了feni@mos2复合材料。
49.图2，3，4,5分别为mos2、feni@mos
2-40、feni@mos
2-70和feni@mos
2-100的sem图片，由图2中可以看出，剥离后的mos2是二维片状结构，由图3，4,5中可以看出，随着mos2加入的量越多，得到的feni@mos2复合物片状结构越来越明显。
50.图6为feni@mos2的tem图片，由图6中可以看出，feni合金颗粒包覆mos2纳米片，有部分feni合金颗粒发生了团聚。
51.图7为feni@mos
2-40的反射损耗图，从图7可以看出feni@mos
2-40表现出良好的微波吸收性能，匹配厚度为2.47mm，频率为11.96ghz时，最大反射损耗可达到-62.50db；在厚度为2.8mm时，最佳有效带宽为5.24ghz。
52.图8为feni@mos
2-70的反射损耗图,从图8可以看出feni@mos
2-70表现出优异的微波吸收性能，匹配厚度为3.18mm，频率为6.24ghz时，最大反射损耗可达到-67.81db；在厚度为1.68mm时，最佳有效带宽为5.88ghz。
53.图9为feni@mos
2-100的反射损耗图,从图9可以看出feni@mos
2-100表现出一般的微波吸收性能，匹配厚度为1.90mm，频率为9.60ghz时，最大反射损耗可达到-11.50db；在厚度为2.08mm时，最佳有效带宽为1.32ghz。
54.本发明feni@mos2电磁波吸收材料是通过电化学剥离辉钼矿得到mos2纳米片，再与feni合金颗粒复合得到feni@mos2复合材料。feni@mos2复合电磁波吸收材料中，feni合金提高复合材料的磁导率，从而使阻抗匹配进一步得到优化。因此本发明在比较低的厚度下仍可以达到较强的反射损耗和较宽的有效吸收频带。
55.本发明feni@mos2复合材料的吸波性能主要来源于mos2与合金粒子间的界面极化，散射和磁损耗，两者同时使得入射电磁波被消耗。强电导特性确保材料在低厚度下的比较高的介电常数。所以多种损耗机制的存在保证了对入射电磁波的强吸收。
56.以上所述，仅为本发明部分具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域的人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。