原位催化制备碳纳米管/介孔中空铁氧体复合电磁屏蔽材料

A method of synthesizing carbon nanotubes(CNTs)/mesoporous hollow ferrite(MHF) micro-nano composite materials with controllable structure and components via an in situ catalytic reaction is proposed. There is a chemical bond combination between the MHF micro-nano material and CNTs in the CNTs/MHF composite materials, which is helpful for the synergistic effect of the hollow structure and magnetic performance of MHF and the electrical conductivity of CNTs. Based on these characteristics the novel composite materials with the wide shielding band and enhanced shielding effectiveness can be obtained. The electromagnetic shielding materials have both of the reflection losses and the absorption losses. The conditions and mechanism of formation of CNTs via in situ catalytic reaction using MHF micro-nano material as catalysts are investigated. The process and conditions of pareparing the CNTs/MHF composite materials are identified. The relationship of the composition, structure and electric conductivity, magnetic property and electromagnetic shielding performance of the composites is discussed. The shielding mechanism and snynergistic function of the composite materials are also studied. This research provides a new technology for systhesis of high performance composite electromagnetic shielding materials and shows an important theoretical and practical value in resistance to an electronic pollution.

本项目提出碳纳米管（CNTs）/介孔中空结构铁氧体（MHF）纳微复合电磁屏蔽材料的原位催化合成方法，该复合材料结构组成可控,同时该复合材料中MHF纳微材料与CNTs以化学键联方式有机结合，不仅将具有强磁性的铁氧体纳微材料与导电性的CNTs有机结合，充分实现二者之间协同效应，而且将具有电磁波"黑洞"效应的介孔中空结构引入，达到反射损耗、吸收损耗以及电磁波"黑洞"环境相结合的"轻、宽、强"多重特性的新型电磁屏蔽材料。本项目拟考察MHF纳微材料原位催化制备CNTs机理，确定MHF/CNTs复合材料的工艺和条件，明确材料组成、结构与导电性能、磁导率及电磁屏蔽性能之间的关系及该导电导磁复合材料的屏蔽机理和协同效应，为高性能复合电磁屏蔽材料提供新的制备技术，在抗电子污染方面具有重要的理论意义和实际价值。

本项目提出了以介孔中空结构铁氧体为催化剂通过原位催化生长碳纳米管制备碳纳米管（CNTs）/介孔中空结构铁氧体纳微复合材料，该复合材料结构组成可控，同时该复合材料中具有电磁波“黑洞”效应的强磁性中空铁氧体纳微材料与导电性CNTs以化学键联方式有机结合，是一类反射损耗、吸收损耗以及电磁波“黑洞”环境相结合的新型电磁屏蔽材料。.首先采用采用气相扩散法、微乳液法及水热溶剂热法制备了中空结构铁氧体纳微材料，对其结构、组成、形貌、尺寸、稳定性和磁性进行了研究，确定了适宜的介孔中空铁氧体纳微材料的组成及制备条件；然后以介孔中空铁氧体纳微材料为催化剂，采用化学气相沉积法原位生长CNTs，制得了CNTs/介孔中空铁氧体复合材料，研究了催化剂组成，以及反应条件对复合材料结构、形貌的影响规律，确定了介孔中空铁氧体纳微材料原位催化生长CNTs机理及适宜的操作条件；最后对CNTs/介孔中空铁氧体复合材料的构效关系及吸波和电磁屏蔽性进行了研究，考察了复合材料组成、中空结构与其磁性、吸波性能和电磁屏蔽性能之间的关系，分析了CNTs/介孔中空铁氧体复合材料的吸波和电磁屏蔽机制。.结果表明水热法结合高温焙烧制备的中空球状CoFe2O4纳微材料稳定性好，以其为催化剂兼磁性组分，在乙醇、氢气和氩气流量分别为0.2 、80 、70 mL·min-1的条件下于550 ℃反应17 min，制备得到了核壳结构的CoFe2O4中空球@CNTs复合材料。CNTs均匀地长在CoFe2O4中空球的表面，CoFe2O4中空球@CNT复合材料的直径由CoFe2O4中空球的800 nm增大到复合材料的2 μm，CNTs直径约20～30 nm。其最强反射损耗为-32.8 dB，出现在2 mm厚、频率为11.7 GHz时，有效吸收频谱（RL<-10 dB）为5.7 GHz，优于单一介孔中空铁氧体及单一碳纳米管材料。介孔中空铁氧体与的CNTs结合产生协同效应优势提高了材料的屏蔽效能又有效拓宽屏蔽频带。本项目提供了新的制备高性能复合电磁屏蔽材料技术，在抗电子污染方面具有重要的理论意义和实际价值。