本發(fā)明屬于微波吸收-導(dǎo)熱多功能材料，涉及一種生物質(zhì)衍生導(dǎo)熱吸波填料的制備方法及其在微波吸收、熱管理、能源領(lǐng)域中的應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、導(dǎo)熱吸波一體化材料既能導(dǎo)熱又能有效吸收、衰減入射的電磁波能量，是解決當(dāng)前電子設(shè)備電磁污染、干擾與發(fā)熱問題，保護其正常運行的有效途徑。導(dǎo)熱-吸波多功能材料包括陶瓷基、水基、聚合物基三種，其中，將導(dǎo)熱-吸波多功能填料分散到聚合物基底中得到的聚合物基導(dǎo)熱-吸波多功能材料因其好的彈性、強度、電絕緣性、穩(wěn)定性以及導(dǎo)熱和吸波性能備受關(guān)注，但其存在填充比高，導(dǎo)熱和吸波性能相互牽制難以實現(xiàn)協(xié)同增強的問題。最近研究發(fā)現(xiàn)，互通網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的多功能填料能實現(xiàn)“低填充比-輕質(zhì)-強吸收-寬帶-高導(dǎo)熱”的性能，互通網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)密度小，其多孔結(jié)構(gòu)可以產(chǎn)生多重散射和界面極化，孔洞中填充低介電常數(shù)的空氣或基底材料能改善其阻抗匹配特性，同時互通網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)為熱傳輸構(gòu)筑了有效的傳導(dǎo)路徑，因此，設(shè)計和調(diào)控互通網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)是改善其吸波性能的有效途徑。

2、生物質(zhì)衍生碳主要來自植物和動物，它們可以通過熱解碳化、水熱碳化、激光誘導(dǎo)碳和微波輔助碳化等方法制備，生物質(zhì)衍生碳材料具備獨特的天然微結(jié)構(gòu)，而且純度高、功能多樣、結(jié)構(gòu)可調(diào)節(jié)，碳化來源和碳化方法直接影響生物質(zhì)碳材料的理化性能，碳化后的樹葉具有相互連接的碳纖維網(wǎng)絡(luò)和較強的吸附能力，熱解碳化法工藝簡單且可維持生物體本身形態(tài)。然而，系統(tǒng)地探索生物質(zhì)衍生導(dǎo)熱吸波填料的可控合成、熱傳導(dǎo)和微波吸收特性的研究尚鮮見報道。

3、此外，為了滿足實際熱管理應(yīng)用需求，在保持高的熱導(dǎo)率條件下，功能填料的填充比有待進一步降低。根據(jù)阻抗匹配原理，碳材料(石墨烯、碳納米管/納米纖維等)和金屬材料(al,ni,cu,ag)屬于反射型屏蔽材料，其高的電導(dǎo)率有利于電磁波的反射，但不利于阻抗匹配，反射回去的電磁波形成二次污染；且高的電導(dǎo)率使其耐電壓能力差，這限制了其在電子器件中的應(yīng)用。因此，降低填充比和電導(dǎo)率、進一步提高熱導(dǎo)率，改善阻抗匹配和吸收能力對吸波-導(dǎo)熱多功能材料滿足實際應(yīng)用需求具有重要的意義。

4、因此，如何開發(fā)一種工藝簡便、易于工業(yè)化且形貌尺寸可控，具有優(yōu)異性能的生物質(zhì)衍生導(dǎo)熱吸波填料是本領(lǐng)域技術(shù)人員亟待解決的問題。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、有鑒于此，為解決該問題，本發(fā)明公開提供了一種生物質(zhì)衍生導(dǎo)熱吸波填料及其制備方法，該生物質(zhì)衍生導(dǎo)熱吸波填料操作簡單且產(chǎn)品形貌新穎，克服了以往制備過程中反應(yīng)條件苛刻、反應(yīng)產(chǎn)物形貌難以調(diào)控、實驗重復(fù)性差、成本高等缺陷，具有良好的工業(yè)化應(yīng)用潛力。

2、為了達到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

3、本發(fā)明的第一技術(shù)目的是提供一種綠色環(huán)保、適于工業(yè)化生產(chǎn)的生物質(zhì)衍生導(dǎo)熱吸波填料，采用浸漬-低溫退火工藝，即為：將預(yù)處理完成的樹葉，以2.5℃/min的速率升溫至900℃，保溫3h后自然降至室溫，即得到所述生物質(zhì)衍生導(dǎo)熱吸波填料。

4、進一步地，所述的生物質(zhì)衍生導(dǎo)熱吸波填料為2d互通網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，其組成為無定形碳纖維、蜂窩狀無定形碳、條狀排布的無定形碳或無定形碳纖維/磁性納米粒子的復(fù)合物；且所述碳纖維的平均直徑為0.71～2.79μm，平均長度為490～585μm；所述磁性納米粒子為fe、co、ni，其含量為3.04～20.29％。

5、本發(fā)明公開采用浸漬-低溫退火工藝制備的生物質(zhì)衍生導(dǎo)熱吸波填料不僅結(jié)構(gòu)和形成機理新穎，還可以通過改變煅燒溫度、樹葉種類制備出一系列的碳磁復(fù)合物，其具有2d互通網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)以及優(yōu)異的導(dǎo)熱和微波吸收性能，在電磁防護和熱管理領(lǐng)域表現(xiàn)出較大的潛力。

6、此外，本發(fā)明公開制備的生物質(zhì)衍生導(dǎo)熱吸波填料具有優(yōu)異的導(dǎo)熱-吸波特性，電導(dǎo)率為1.67×10-4～2.18×10-4s/cm；在填充比為30％的情況下，熱導(dǎo)率為1.819～3.171w/(m·k)；小于等于-10db反射率的最大有效帶寬為3.20～8.80ghz，最大吸收-18.94～-55.10db，樣品厚度為1.9～5.0mm。

7、本發(fā)明的第二技術(shù)目的是提供一種如上所述的生物質(zhì)衍生導(dǎo)熱吸波填料的制備方法。

8、為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

9、一種生物質(zhì)衍生導(dǎo)熱吸波填料的制備方法，所述方法具體包括如下步驟：

10、(1)用蒸餾水將生物質(zhì)材料表面洗凈后，在無水乙醇中浸漬10min以去除其表面蠟質(zhì)層；再將洗滌完成的生物質(zhì)材料置于烘箱中在60～80℃下烘6～10小時；

11、(2)將乙酸鎳、乙酸鈷、乙酸鐵與水分別按一定的化學(xué)計量比混合配置成濃度為0～1.0mol/l的過渡金屬乙酸鹽溶液，將預(yù)處理完成后的生物質(zhì)材料浸至其中10-60分鐘；

12、(3)待步驟(2)浸漬結(jié)束后，將樣品于60-80℃下烘干6-10小時，通過調(diào)控煅燒溫度(退火溫度為600-900℃，退火時間為2-5h)得到相結(jié)構(gòu)不同的生物質(zhì)衍生導(dǎo)熱吸波填料。

13、通過采用上述技術(shù)方案，本發(fā)明的有益效果如下：

14、本發(fā)明公開的制備方法操作簡單且產(chǎn)品形貌新穎，克服了以往制備過程中反應(yīng)條件苛刻，反應(yīng)產(chǎn)物形貌難以調(diào)控，實驗重復(fù)性差等缺陷，同時可應(yīng)用于多種生物質(zhì)材料，具有良好的工業(yè)化應(yīng)用潛力。

15、進一步地，所述的反應(yīng)溫度為600～800℃，煅燒時間為3.0h。

16、進一步地，所述過渡金屬乙酸鹽包括乙酸鐵、乙酸鈷、乙酸鎳中的一種或幾種組合，通過復(fù)合磁性金屬粒子fe、co、ni來提高材料的導(dǎo)熱吸波性能。

17、本發(fā)明的第三技術(shù)目的是提供上述生物質(zhì)衍生導(dǎo)熱吸波填料在電磁防護、微波吸收、熱管理、能源領(lǐng)域中的應(yīng)用。

18、經(jīng)由上述的技術(shù)方案可知，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供了一種生物質(zhì)衍生導(dǎo)熱吸波填料、制備方法與應(yīng)用，具有如下優(yōu)異效果：

19、1)本發(fā)明采用浸漬-低溫退火工藝，將預(yù)處理的樹葉置于乙酸鹽溶液中浸漬，烘干后放入管式爐中煅燒，制備得到形貌獨特的生物質(zhì)衍生導(dǎo)熱吸波填料，通過改變煅燒溫度、乙酸鹽種類和濃度、生物質(zhì)材料種類可調(diào)控的生物質(zhì)衍生導(dǎo)熱吸波填料的組成和相結(jié)構(gòu)。

20、2)本發(fā)明公開制備的生物質(zhì)衍生導(dǎo)熱吸波填料在電磁防護和熱管理領(lǐng)域表現(xiàn)出較大的潛力，通過將無定形碳纖維與磁性納米粒子復(fù)合，引入了異質(zhì)界面和磁損耗，可提高吸波性能；且形成的互通網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)提供了連續(xù)的熱傳導(dǎo)路徑，可增強導(dǎo)熱性能。

21、3)本發(fā)明所述生物質(zhì)衍生導(dǎo)熱吸波填料的制備方法簡便獨特，原材料廉價易得，且反應(yīng)過程簡單、耗時短、能耗小、危險性低、綠色環(huán)保、重復(fù)性好、對儀器精密度要求低，產(chǎn)量可觀、成本低廉，具有良好的工業(yè)化應(yīng)用潛力。

技術(shù)特征：

1.一種生物質(zhì)衍生導(dǎo)熱吸波填料，其特征在于，所述的生物質(zhì)衍生導(dǎo)熱吸波填料為2d互通網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，其組成為無定形碳纖維、蜂窩狀無定形碳、條狀排布的無定形碳或無定形碳纖維/磁性納米粒子的復(fù)合物；且所述碳纖維的平均直徑為0.71～2.79μm，平均長度為490～585μm；所述磁性納米粒子為fe、co、ni，其含量為3.04～20.29％。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物質(zhì)衍生導(dǎo)熱吸波填料，其特征在于，所述生物質(zhì)衍生導(dǎo)熱吸波填料具有優(yōu)異的導(dǎo)熱和吸波性能；電導(dǎo)率為1.67×10-4～6.63×10-3s/cm；在填充比為30％的情況下，熱導(dǎo)率為1.819～4.06w/(m·k)；小于等于-10db反射率的最大有效帶寬為3.20～8.80ghz，最大吸收-18.94～-55.10db，樣品厚度為1.4～5.0mm。

3.一種如權(quán)利要求1所述的生物質(zhì)衍生導(dǎo)熱吸波填料的制備方法，其特征在于，所述生物質(zhì)衍生導(dǎo)熱吸波填料采用浸漬-低溫退火工藝制備，具體步驟如下：

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的生物質(zhì)衍生導(dǎo)熱吸波填料的制備方法，其特征在于，所述的生物質(zhì)材料為苧麻葉、五葉地錦葉片、小葉女貞葉片、楓葉、山淮葉、鳳尾竹葉片、構(gòu)樹葉、荷葉中的一種或幾種組合。

5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的生物質(zhì)衍生導(dǎo)熱吸波填料的制備方法，其特征在于，步驟(2)中，所述的浸漬處理時間為10-60分鐘，干燥溫度為60-80℃。

6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的生物質(zhì)衍生導(dǎo)熱吸波填料的制備方法，其特征在于，所述過渡金屬乙酸鹽包括乙酸鐵、乙酸鈷、乙酸鎳中的一種或幾種組合，所述過渡金屬乙酸鹽溶液的濃度為0～1.0mol/l。

7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的生物質(zhì)衍生導(dǎo)熱吸波填料的制備方法，其特征在于，步驟(3)中，所述的退火溫度以2.5～5.0℃/min的速率升溫至600～900℃，退火時間為2～5h。

8.一種如權(quán)利要求1所述的生物質(zhì)衍生導(dǎo)熱吸波填料或如權(quán)利要求3～7任一項所述方法制備的生物質(zhì)衍生導(dǎo)熱吸波填料在電磁防護、熱管理、能源領(lǐng)域的應(yīng)用。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明屬于微波吸收?導(dǎo)熱多功能材料技術(shù)領(lǐng)域，公開了一種生物質(zhì)衍生導(dǎo)熱吸波填料、制備方法與應(yīng)用。本發(fā)明采用浸漬?低溫退火工藝制備的生物質(zhì)衍生導(dǎo)熱吸波填料不僅結(jié)構(gòu)和形成機理新穎，還可以通過改變碳源、乙酸鹽種類和濃度，控制煅燒溫度調(diào)節(jié)復(fù)合物相結(jié)構(gòu)和組成。本發(fā)明公開的方法操作簡單且產(chǎn)品形貌新穎，克服了以往制備過程中反應(yīng)條件苛刻，反應(yīng)產(chǎn)物形貌難以調(diào)控，實驗重復(fù)性差等缺陷，具備低的成本和優(yōu)異的吸波導(dǎo)熱性能，同時該方法拓展到不同樹葉，有良好的工業(yè)化應(yīng)用潛力。

技術(shù)研發(fā)人員：童國秀,沈科杰,付康,徐玲玲,趙品章,余貞潔,周曉如,莊璟睿,黃炳然
受保護的技術(shù)使用者：浙江師范大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/15