一种银纳米线/生物质多孔碳电磁波吸收材料的制备方法
技术领域
本发明属于电磁吸收复合材料制备技术领域，具体涉及一种银纳米线/生物质多孔碳电磁波吸收材料的制备方法。
背景技术
随着电子信息技术科技的不断发展，近年来，众多前沿科技竞相崛起，特别是5G网络的应用，使得人们的生活的各个方面得到了极大的改善。然而，电子设备的增多也就使得电磁污染问题变得日益突出。电磁波是一种新的污染源，电磁波会对电子设备的运行造成影响，而且它产生热效应也对人体造成一定程度的损害。此外，在军事、航天和电子信息通讯等安全领域，雷达检测技术也面临新的威胁。微波吸收材料良好的吸波特性能较好地解决这一问题，因此，优良的吸波材料已引起世界各国的广泛关注。
由于碳材料具有导电性好、重量轻、热稳定性以及高的耐腐蚀性等优点。因此，它被广泛应用于微波吸收材料，例如石墨烯、碳纳米管及氧化石墨烯等。然而，由于高昂的原材料成本、制备工艺的复杂以及对环境有一定污染等缺点，其应用受到了一定的限制。开发一种低成本且环保的材料已成为吸波材料的新的研究方向。采用生物质材料制成的多孔碳具有特殊的多孔结构，不仅有利于电磁波的多次反射而且可以优化材料阻抗。此外，生物质材料的再生特性、简便的制备工艺及绿色优点使其可以很好满足设备轻量化的要求。但是，多孔碳吸波能力仅靠传导损耗很难将满足高效吸波的需求。
金属纳米Ag具有高导电性特性，且很容易与碳材料复合，Ag纳米线除了具有优良的导电性之外，还具有优异的透光性、大长径比、耐曲挠性。在实现柔性、透明、可弯折等军事电子设备方面的应用中更具有突出的优势。Ag纳米线有更优异的材料阻抗匹配特性，优异的材料间多种协同、极化作用，很大程度的增强其对于电磁波的透射和损耗吸收能力。因此，对于环保、高效，优良吸波特性的银纳米线/生物质多孔碳复合材料的研究有重要意义和良好发展前景。
发明内容
本发明的目的是提供一种银纳米线/生物质多孔碳电磁波吸收材料的制备方法，解决了现有电磁波吸收材料吸收率低且生产成本高的问题。
本发明所采用的技术方案，一种银纳米线/生物质多孔碳电磁波吸收材料的制备方法，具体按照以下步骤实施：
步骤1，制备硝酸银醇溶液；
步骤2，制备模板剂醇溶液；
步骤3，制备生物质多孔碳；
步骤4，对步骤3制备的生物质多孔碳进行预处理；
步骤5，将步骤4进行过预处理的生物质多孔碳浸渍于步骤1制备的硝酸银醇溶液中，超声处理20min，放入真空箱中抽真空进行浸处理，得到浸渍液；
步骤6，将葡萄糖溶解于经步骤5后得到的浸渍液中，搅拌，使其充分溶解，得到反应固液；
步骤7，将经步骤2后得到的模板剂醇溶液滴加至步骤6的反应固液中，滴加过程中持续搅拌，滴加时间为60min-120min，滴加完成后继续搅拌10min，得到模板剂与硝酸银溶液的混合液；
步骤8，将经步骤7后得到的混合液转移到聚四氟乙烯反应釜中，进行水热反应，反应结束后，再采用去离子水洗涤至中性，干燥，得到银纳米线/生物质多孔碳电磁波吸收材料。
本发明的特点还在于，
步骤1中，制备硝酸银醇溶液，具体为：将固体硝酸银与乙二醇混合，搅拌，使硝酸银充分溶解于乙二醇中，得到硝酸银醇溶液；搅拌时间为15min；硝酸银与乙二醇质量比为1：28-32。
步骤2中，制备模板剂醇溶液，具体为：称量模板剂PVP与乙二醇混合，之后置于超声波分散器中超声溶解，同时用进行搅拌，超声溶解时间为20min，得到模板剂醇溶液；PVP与乙二醇质量比为1：10。
步骤3中，制备生物质多孔碳，具体为：将生物质碳材料切割成1.0mm*1.0mm*0.3mm小块放入坩埚中，放入真空烧结炉中进行烧结，以15℃/min的速率升温至600℃～1100℃，保温1～3h，随炉冷却至室温，即可得到多孔碳；
生物质碳材料为自然风干的去皮杉木或桐木。
步骤4中，具体为：
步骤4.1，用清洗液对生物质多孔碳进行超声清洗5min，静置5min；再用去离子水将生物质多孔碳洗涤至中性；
清洗液由体积比为1：1的C2H5OH和去离子水混合而成；
步骤4.2，用质量浓度为10g/L的NaOH溶液浸泡生物质多孔碳，浸泡时间为15min，进行除油处理，再用去离子水将生物质多孔碳洗涤至中性；
步骤4.3，用体积分数20％的硝酸将生物质多孔碳加入硝酸溶液进行恒温水浴加热并持续搅拌，加热温度为50℃，加热时间为20min，进行粗化处理，再用去离子水将生物质多孔碳洗涤至中性。
步骤5中，浸处理时间为3.5h，生物质多孔碳与硝酸银醇溶液的质量比为1：42-51。
步骤6中，葡萄糖与浸渍液的质量比为1：210-220。
步骤7中，模板剂醇溶液与反应固液的质量比为1：1.25-1.4。
步骤8中，反应温度为150℃～180℃，反应时间为8h～12h；干燥温度为70℃，干燥时间为7h。
本发明的有益效果是，
本发明的方法中，将银纳米线与生物质多孔碳结合，区别于传统的银颗粒复合吸波材料，由于银纳米线具有更强的透波能力和介电损耗性能，使得本复合材料阻抗匹配特性更加优化，进一步提升了其电磁、吸波等综合性能；该方法具备环保，成本低廉，且本方法制备出的具有多孔结构材料对于电磁波的吸收能力高。本发明制备方法易于操作，可行性强，可用于军事、农业、信息技术等领域及微小、高精度设备，具有研究意义和广泛的市场价值。
附图说明
图1是本发明制备的银纳米线的SEM形貌图(一)；
图2是本发明制备的银纳米线的SEM形貌图(二)；
图3是本发明制备的银纳米线的能谱图；
图4是本发明方法制备的银纳米线/生物质多孔碳复合材料的XRD图谱。
具体实施方式
下面结合具体实施方式和附图对本发明进行详细说明。
本发明一种银纳米线/生物质多孔碳电磁波吸收材料的制备方法，具体按照以下步骤实施：
步骤1，制备硝酸银醇溶液，具体为：
将固体硝酸银与乙二醇混合，采用磁力搅拌器进行充分搅拌，使硝酸银充分溶解于乙二醇中，得到硝酸银醇溶液；
搅拌时间为15min；硝酸银与乙二醇质量比为1：28-32；
步骤2，制备模板剂醇溶液，具体为：
称量模板剂PVP与乙二醇混合，之后置于超声波分散器中超声溶解，同时用玻璃棒进行搅拌，超声溶解时间为20min，得到模板剂醇溶液；
PVP与乙二醇质量比为1：10；
步骤3，制备生物质多孔碳，具体为：
将生物质碳材料切割成1.0mm*1.0mm*0.3mm小块放入坩埚中，放入真空烧结炉中进行烧结，以15℃/min的速率升温至600℃～1100℃，保温1～3h，随炉冷却至室温，即可得到多孔碳；
真空烧结炉中的真空压力小于等于10pa；
生物质碳材料为自然风干的去皮杉木或桐木；
步骤4，对步骤3制备的生物质多孔碳进行预处理，具体为：
步骤4.1，用清洗液对生物质多孔碳进行超声清洗5min，静置5min；再用去离子水将生物质多孔碳洗涤至中性；
清洗液由体积比为1：1的C2H5OH和去离子水混合而成；
步骤4.2，用质量浓度为10g/L的NaOH溶液浸泡生物质多孔碳，浸泡时间为15min，进行除油处理，再用去离子水将生物质多孔碳洗涤至中性；
步骤4.3，用体积分数20％的硝酸将生物质多孔碳加入硝酸溶液进行恒温水浴加热并持续搅拌，加热温度为50℃，加热时间为20min，进行粗化处理，再用去离子水将生物质多孔碳洗涤至中性；
步骤5，将步骤4进行过预处理的生物质多孔碳浸渍于步骤1制备的硝酸银醇溶液中，超声处理20min，放入真空箱中抽真空进行浸处理，浸处理时间为3.5h，真空箱的真空度≤20pa，得到浸渍液；
生物质多孔碳与硝酸银醇溶液的质量比为1：42-51；
步骤6，将葡萄糖溶解于经步骤5后得到的浸渍液中，用玻璃棒搅拌5min，使其充分溶解，得到反应固液；
葡萄糖与浸渍液的质量比为1：210-220；
步骤7，将经步骤2后得到的模板剂醇溶液滴加至步骤6的反应固液中，滴加过程中持续搅拌，滴加时间为60min-120min，滴加完成后继续搅拌10min，得到模板剂与硝酸银溶液的混合液；
模板剂醇溶液与反应固液的质量比为1：1.25-1.4；
步骤8，将经步骤7后得到的混合液转移到聚四氟乙烯反应釜中，进行水热反应，反应结束后，再采用去离子水洗涤至中性，干燥，得到银纳米线/生物质多孔碳电磁波吸收材料；
反应温度为150℃～180℃，反应时间为8h～12h；
干燥温度为70℃，干燥时间为7h；
实施例1
本发明一种银纳米线/生物质多孔碳电磁波吸收材料的制备方法，具体按照以下步骤实施：
步骤1，制备硝酸银醇溶液；使用乙二醇为溶剂，称取固体硝酸银1.0g放于烧杯，量取乙二醇溶液40ml并加入到硝酸银烧杯，采用磁力搅拌器进行充分搅拌15min使硝酸银充分溶解于乙二醇溶液；
步骤2，制备模板剂醇溶液；称量模板剂PVP1.5g放于烧杯，量取乙二醇溶液30ml并将其加入到PVP烧杯中，将PVP醇溶液置于超声波分散器中超声溶解，同时用玻璃棒进行搅拌，超声搅拌溶解时间为20min；
步骤3，制备多孔碳；选用生物质碳材料原材料为自然风干的桐木，将木材切割成1.0mm*1.0mm*0.3mm小块放入坩埚中，将坩埚放入真空烧结炉中进行高温烧结，烧结温度为600℃℃，真空度≤10pa，升温速率设定15℃/min，保温时间为2h，烧结完成后随炉冷却至室温即制得生物质多孔碳；
步骤4，对步骤3制备的多孔碳进行预处理；首先将C2H5OH和去离子水1:1进行充分混合制备清洗溶液，对多孔碳进行超声清洗5min；然后对多孔碳15min进行除油处理，将NaOH溶液配制10g/L浓度的浸泡液；再将多孔碳加入到配置好的体积分数20％的硝酸硝酸溶液恒温水浴加热20min，加热温度为50℃，过程中保持持续搅拌。预处理的每一步结束后都要将多孔碳用去离子水将水洗至中性；
步骤5，多孔碳浸渍处理；将预处理过的多孔碳浸泡在硝酸银醇溶液浸渍液中，再经过超声20min后放入真空箱中抽真空进行浸处理，处理时间为3.5h；(真空度≤20pa)
步骤6，制备反应固液；称量0.1g葡萄糖加入到于步骤5中的多孔碳和硝酸银浸渍液中，用玻璃棒充分搅拌5min充分溶解，配置反应固液；
步骤7，将步骤2中的模板剂醇溶液加入步骤6中的反应固液；常温下将PVP醇溶液匀速滴入反应固液中，过程中持续搅拌，滴定时长60min，滴定完成后继续搅拌10min，即完成模板剂与硝酸银溶液的混合；
步骤8，将步骤7中混合液转移至转移到聚四氟乙烯反应釜中，反应釜放入烘箱中保温，设置保温温度为180℃，保温时间为12h，以保证银纳米线充的分生长和对生物质炭的包覆成型，保温结束后随炉冷却至室温，取出固体，用去离子水对其进行多次水洗之后放入真空干燥箱真空烘干，烘箱温度为70℃，烘干时间为7h，即得到银纳米线/生物质多孔碳复合材料。
实施例2
本发明一种银纳米线/生物质多孔碳电磁波吸收材料的制备方法，具体按照以下步骤实施：
步骤1，制备硝酸银醇溶液；使用乙二醇为溶剂，称取固体硝酸银1.2g放于烧杯，量取乙二醇溶液40ml并加入到硝酸银烧杯，采用磁力搅拌器进行充分搅拌15min使硝酸银充分溶解于乙二醇溶液。
步骤2，制备模板剂醇溶液；称量模板剂PVP3.0g放于烧杯，量取乙二醇溶液30ml并将其加入到PVP烧杯中，将PVP醇溶液置于超声波分散器中超声溶解，同时用玻璃棒进行搅拌，超声搅拌溶解时间为20min。
步骤3，制备多孔碳；选用生物质碳材料原材料为自然风干的去皮杉木。将木材切割成1.0mm*1.0mm*0.3mm小块放入坩埚中，将坩埚放入真空烧结炉中进行高温烧结。烧结温度为1000℃，真空度≤10pa，升温速率设定15℃/min，保温时间为1h，烧结完成后随炉冷却至室温即制得生物质多孔碳。
步骤4，对步骤3制备的多孔碳进行预处理；首先将C2H5OH和去离子水1:1进行充分混合制备清洗溶液，对多孔碳进行超声清洗5min；然后对多孔碳15min进行除油处理，将NaOH溶液配制10g/L浓度的浸泡液；再将多孔碳加入到配置好的体积分数20％的硝酸硝酸溶液恒温水浴加热20min，加热温度为50℃，过程中保持持续搅拌。预处理的每一步结束后都要将多孔碳用去离子水将水洗至中性。
步骤5，多孔碳浸渍处理；将预处理过的多孔碳浸泡在硝酸银醇溶液浸渍液中，再经过超声20min后放入真空箱中抽真空进行浸处理，处理时间为3.5h。(真空度≤20pa)
步骤6，制备反应固液；称量0.2g葡萄糖加入到于步骤5中的多孔碳和硝酸银浸渍液中，用玻璃棒充分搅拌5min充分溶解，配置反应固液。
步骤7，将步骤2中的模板剂醇溶液加入步骤6中的反应固液；常温下将PVP醇溶液匀速滴入反应固液中，过程中持续搅拌，滴定时长为60min，滴定完成后继续搅拌10min，即完成模板剂与硝酸银溶液的混合。
步骤8，将步骤7中混合液转移到聚四氟乙烯反应釜中，反应釜放入烘箱中保温，设置保温温度为170℃，保温时间为10h，以保证银纳米线充的分生长和对生物质炭的包覆成型，保温反应结束后随炉冷却至室温，取出固体，用去离子水对其进行多次水洗之后放入真空干燥箱真空烘干，烘箱温度为70℃，烘干时间为7h，即得到银纳米线/生物质多孔碳复合材料。
实施例3
本发明一种银纳米线/生物质多孔碳电磁波吸收材料的制备方法，具体按照以下步骤实施：
步骤1，制备硝酸银醇溶液；使用乙二醇为溶剂，称取固体硝酸银1.4g放于烧杯，量取乙二醇溶液40ml并加入到硝酸银烧杯，采用磁力搅拌器进行充分搅拌15min使硝酸银充分溶解于乙二醇溶液。
步骤2，制备模板剂醇溶液；称量模板剂PVP3.5g放于烧杯，量取乙二醇溶液30ml并将其加入到PVP烧杯中，将PVP醇溶液置于超声波分散器中超声溶解，同时用玻璃棒进行搅拌，超声搅拌溶解时间为20min。
步骤3，制备多孔碳；选用生物质碳材料原材料为自然风干的桐木。将木材切割成1.0mm*1.0mm*0.3mm小块放入坩埚中，将干锅放入真空烧结炉中进行高温烧结。烧结温度为1100℃，真空度≤10pa，升温速率设定15℃/min，保温时间为3h，烧结完成后随炉冷却至室温即制得生物质多孔碳。
步骤4，对步骤3制备的多孔碳进行预处理；首先将C2H5OH和去离子水1:1进行充分混合制备清洗溶液，对多孔碳进行超声清洗5min；然后对多孔碳15min进行除油处理，将NaOH溶液配制10g/L浓度的浸泡液；再将多孔碳加入到配置好的体积分数20％的硝酸硝酸溶液恒温水浴加热20min，加热温度为50℃，过程中保持持续搅拌。预处理的每一步结束后都要将多孔碳用去离子水将水洗至中性。
步骤5，多孔碳浸渍处理；将预处理过的多孔碳浸泡在硝酸银醇溶液浸渍液中，再经过超声20min后放入真空箱中抽真空进行浸处理，处理时间为3.5h。(真空度≤20pa)
步骤6，制备反应固液；称量0.3g葡萄糖加入到于步骤5中的多孔碳和硝酸银浸渍液中，用玻璃棒充分搅拌5min充分溶解，配置反应固液。
步骤7，将步骤2中的模板剂醇溶液加入步骤6中的反应固液；常温下将PVP醇溶液匀速滴入反应固液中，过程中持续搅拌，滴定时长为100min，滴定完成后继续搅拌10min，即完成模板剂与硝酸银溶液的混合。
步骤8，将步骤7中反应固液转移到聚四氟乙烯反应釜中，反应釜放入烘箱中保温，设置保温温度为180℃，保温时间为9h，以保证银纳米线充的分生长和对生物质炭的包覆成型，保温反应结束后随炉冷却至室温，取出固体，用去离子水对其进行多次水洗之后放入真空干燥箱真空烘干，烘箱温度为70℃，烘干时间为7h，即得到银纳米线/生物质多孔碳复合材料。
实施例4
本发明一种银纳米线/生物质多孔碳电磁波吸收材料的制备方法，具体按照以下步骤实施：
步骤1，制备硝酸银醇溶液；使用乙二醇为溶剂，称取固体硝酸银1.0g放于烧杯，量取乙二醇溶液40ml并加入到硝酸银烧杯，采用磁力搅拌器进行充分搅拌15min使硝酸银充分溶解于乙二醇溶液。
步骤2，制备模板剂醇溶液；称量模板剂PVP3.5g放于烧杯，量取乙二醇溶液30ml并将其加入到PVP烧杯中，将PVP醇溶液置于超声波分散器中超声溶解，同时用玻璃棒进行搅拌，超声搅拌溶解时间为20min。
步骤3，制备多孔碳；选用生物质碳材料原材料为自然风干的去皮杉木。将木材切割成1.0mm*1.0mm*0.3mm小块放入坩埚中，将干锅放入真空烧结炉中进行高温烧结。烧结温度为800℃，真空度≤10pa，升温速率设定15℃/min，保温时间为2.5h，烧结完成后随炉冷却至室温即制得生物质多孔碳。
步骤4，对步骤3制备的多孔碳进行预处理；首先将C2H5OH和去离子水1:1进行充分混合制备清洗溶液，对多孔碳进行超声清洗5min；然后对多孔碳15min进行除油处理，将NaOH溶液配制10g/L浓度的浸泡液；再将多孔碳加入到配置好的体积分数20％的硝酸硝酸溶液恒温水浴加热20min，加热温度为50℃，过程中保持持续搅拌。预处理的每一步结束后都要将多孔碳用去离子水将水洗至中性。
步骤5，多孔碳浸渍处理；将预处理过的多孔碳浸泡在硝酸银醇溶液浸渍液中，再经过超声20min后放入真空箱中抽真空进行浸处理，处理时间为3.5h。(真空度≤20pa)
步骤6，制备反应固液；称量0.3g葡萄糖加入到于步骤5中的多孔碳和硝酸银浸渍液中，用玻璃棒充分搅拌5min充分溶解，配置反应固液。
步骤7，将步骤2中的模板剂醇溶液加入步骤6中的反应固液；常温下将PVP醇溶液匀速滴入反应固液中，过程中持续搅拌，滴定时长为120min，滴定完成后继续搅拌10min，即完成模板剂与硝酸银溶液的混合。
步骤8，将步骤7中反应固液转移到聚四氟乙烯反应釜中，反应釜放入烘箱中保温，设置保温温度为150℃，保温时间为12h，以保证银纳米线充的分生长和对生物质炭的包覆成型，保温反应结束后随炉冷却至室温，取出固体，用去离子水对其进行多次水洗之后放入真空干燥箱真空烘干，烘箱温度为70℃，烘干时间为7h，即得到银纳米线/生物质多孔碳复合材料。
图1、图2分别为银纳米线放大倍数5000x和放大倍数25000x的SEM形貌图，可以看出银纳米线长径比大，分散性良好。图3为该银纳米线的能谱图，可观察到图谱中只有银的峰值，该银纳米线纯度高无其他杂质。
图4为本发明方法制备的银纳米线/生物质多孔碳复合材料的XRD图谱。从图中可以看出，除了C的衍射峰外，有很多Ag的衍射峰，说明成功制备了Ag纳米线，且制备的多孔碳主要呈无定型态。
