本发明涉及一种基于生物质材料的复合吸波剂的制备方法，具体涉及微波吸收材料技术领域。
背景技术：
无线通讯技术的进步极大地促进了人类社会的发展，同时也带来各种问题。由此产生的电磁波污染不仅对人体的健康造成不利的影响还干扰电子设备的正常工作，同时在军用领域，武器装备的电磁隐身能力可大大提高其作战能力，将成为装备的发展趋势。因此微波吸收材料具有广阔的应用前景，目前吸波材料正朝着涂层厚度薄、质量轻、吸收带宽、吸收强高的方向发展。碳基材料具备质量轻、稳定性好、强度高等优异的理化性质，有望成为优异的吸波材料。石墨烯、碳纳米管等碳材料性能出色，但是制备条件较苛刻，成本较高，不利于大规模生产和推广应用。生物质材料是获取廉价绿色碳材料的有效途径，同时还可以减少浪费、降低污染。
公开(公告)号cn111592050a，名为一种生物质基多孔碳原位生长纳米fe3o4的吸波材料及其制法，利用聚乙二醇接枝壳聚糖与醛基海藻酸钠进行缩合反应，在含fe3 的体系中，fe3 与na 进行交换生成聚乙二醇-壳聚糖交联海藻酸铁的复合凝胶，将复合凝胶热解后即得到多孔碳/fe3o4复合吸波材料。该方法制得的吸波材料具有轻质、稳定的特点，但是制备方法较繁琐、反应装置复杂，成本高，不利于推广应用。公开(公告)号cn109666451a，名为一种利用生物质碳源制备吸波材料的方法，将稻壳用水、乙醇、丙酮等清洗数遍，干燥后热解即得到碳基吸波材料。该方法制得的吸波剂密度低、稳定性好，且制备过程较为简易，但是制备过程中要用到大量的有机溶剂，提高了成本，且整体吸波性能一般，有效吸收带宽不超过4ghz，在15-18ghz频段内吸波性能较差。因此，开发一种基于生物质材料的低密度、低成本、无毒害的高性能的碳吸波材料的方法，具有广阔的应用前景。
技术实现要素：
本发明所要解决的问题是：提供一种基于生物质材料的复合吸波剂的制备方法，工艺简单、成本低、质量轻，吸收能力强、有效吸收频带宽。
本发明为解决上述问题所提供的技术方案为：一种基于生物质材料的复合吸波剂的制备方法，所述方法步骤如下：
步骤1：制备生物质/普鲁士蓝复合材料
将fe(no3)3·9h2o、k3[fe(cn)6]、聚乙烯吡咯烷酮(pvp)和柠檬酸钠溶于水中得到深色溶液，将0.4-1g干燥的生物质材料的粉末分别加入上述溶液中，搅拌均匀后静置，过滤分离得到产物，用水洗涤一遍，干燥即制得生物质/普鲁士蓝复合材料；
步骤2：制备fe/c复合材料
将生物质/普鲁士蓝复合材料分别置于石英舟中，在n2中热解，冷却后得到一系列多孔结构的fe/c复合材料。
优选的，所述fe(no3)3·9h2o、k3[fe(cn)6]、柠檬酸钠和pvp的质量比为1-2：0.6-1.2：0.5-1：1。
优选的，步骤1所述的生物质材料为玉米芯、柚子皮、海葡萄、莲蓬中的一种。
优选的，步骤1中静置时间为20-48h，干燥时间为6-12h，干燥温度为60-80℃。
优选的，步骤2中热解温度为700-900℃，热解时间为1-4h，热解的升温速率为1-5℃/min。
优选的，所述的fe/c复合微波吸收材料的前驱体中生物质材料与普鲁士蓝的质量比为1:(0.4-0.8)。
与现有技术相比，本发明的优点是：本发明采用生物质材料原位生长普鲁士蓝为前驱体，在氮气气氛中经过热解后制得铁/多孔碳复合吸波材料。本发明选择的生物质材料为柚子皮和玉米芯等，它们均有大量的孔隙，生物质材料内部含有大量的基团，如-oh、-cooh、-nh2等，可以在生物质材料内部和表面原位生长普鲁士蓝，经热解后得到铁/多孔碳复合吸波材料。通过磁性的铁和介电性能的多孔碳复合，优化了阻抗匹配，多孔碳骨架可以产生传导损耗，纳米铁颗粒可产生磁损耗，生物质本身含有大量n、s、p等元素，热解后得到n、s、p等杂原子掺杂的多孔碳，增强了偶极子极化，多衰减机制的共同作用获得了优异的吸波性能。
与授权专利相比工艺简单，重复性、可靠性高、成本低，质量轻，在吸收强度、吸收带宽方面都有明显提升。通过调节普鲁士蓝与生物质材料的比例、热解温度等条件可以有效地调控电磁参数，获得出色的吸波性能。以柚子皮/普鲁士蓝为前驱体制得的fe/c复合吸波材料在厚度为2.1mm时，最大反射损耗达到-50.1db。以玉米芯/普鲁士蓝为前驱体制得的fe/c复合吸波材料在厚度为1.83mm时，最大反射损耗达到-48.2db，在2.04mm时有效带宽达到了6.4ghz(11.6-18.0ghz)，覆盖了整个ku波段。
本发明采用生物质材料原位生长普鲁士蓝为前驱体，在氮气气氛中经过热解后制得铁/多孔碳复合吸波材料。在整个制备过程中不产生有毒有害物质，未使用昂贵的原料，获得了高效的吸波性能、低制造成本、无污染的技术优势，有利于促进微波吸收材料的工业化大规模生产和商业化的应用。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1为实施例1、实施例2所制备样品的粉末x射线的衍射图谱，从图中可以看出两个实施例中都可以看到样品纯度较高，两个实施例均可看到铁和石墨化碳的衍射峰。
图2为实施例1的样品中柚子皮的光学显微镜图，从图中可以看到材料呈现蓬松多孔的薄片状、褶皱状。
图3为实施例1制备的fe/c复合吸波材料的透射电子显微镜图，从图中可以看出多孔碳内部包覆了铁颗粒，片状、褶皱状的碳材料清晰可见。
图4为实施例1中的fe/c复合吸波材料涂层模拟计算的反射损耗图谱，计算了模拟厚度从1.0-5.0mm的不同反射损耗。从图中可以看出在多个厚度下，材料都具有一定的吸波能力，其中在厚度为1.4mm时，有效吸收带宽达到了4.3ghz；在厚度为2.1mm时，最大反射损耗达到了-51.21db。
图5为实施例2制备的fe/c复合吸波材料涂层模拟计算的反射损耗图谱，计算了模拟厚度从1.0-5.0mm的不同反射损耗。从图中可以看出在不同厚度下，最大反射损耗都小于-30db，材料具有出色的吸波能力。其中在厚度为1.83mm，最大反射损耗为-48.2db，在厚度为2.04mm时，有效吸收带宽可以达到6.4ghz，厚度为4.0mm时，最大反射损耗达到了-51.77db。
具体实施方式
以下将配合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题并达成技术功效的实现过程能充分理解并据以实施。
实施例1
步骤1：制备柚子皮/普鲁士蓝复合材料
将1gfe(no3)3·9h2o、0.6gk3[fe(cn)6]、1gpvp和0.5g柠檬酸钠溶于100ml的水中得到深色溶液，将0.4g柚子皮加入上述溶液中，搅拌均匀后静置24h，过滤分离得到产物，用水洗涤一遍，60℃下干燥10h即制得柚子皮/普鲁士蓝复合材料。
步骤2：制备fe/c复合材料
将柚子皮/普鲁士蓝复合材料分别置于石英舟中，在n2中700℃热解2h，升降温速率为2℃/min，冷却后得到一系列多孔结构的fe/c复合材料。将所制备的复合材料与石蜡基底均匀地混合，复合材料与石蜡的质量比为1:1.5。
对该材料通过矢量网络分析仪测定其电磁参数，根据传输线理论，材料对电磁波的反射损耗是通过给定频率下的复介电常数与复磁导率以及吸波材料的厚度通过以下方程计算出来。
(1)zin＝z0(μr/εr)1/2tanh[j(2πfd/c)(μr/εr)1/2],
(2)rl(db)＝20log|(zin－1)/(zin 1)|。
实施例2
本实施例与具体实施例1不同的是：
将1gfe(no3)3·9h2o、1gk3[fe(cn)6]、1gpvp和1g柠檬酸钠溶于150ml的水中得到深色溶液，将1g玉米芯加入上述溶液中，搅拌均匀后静置48h，过滤，80℃下干燥8h即制得玉米芯/普鲁士蓝复合材料。
步骤2中将玉米芯/普鲁士蓝置于石英舟中，管式炉的升降温速率为3℃/min，得到的fe/c复合材料与石蜡的质量比为1:1。其他与具体实施例1相同。
以上仅就本发明的最佳实施例作了说明，但不能理解为是对权利要求的限制。本发明不仅局限于以上实施例，其具体结构允许有变化。凡在本发明独立权利要求的保护范围内所作的各种变化均在本发明保护范围内。
1.一种基于生物质材料的复合吸波剂的制备方法，其特征在于：所述方法步骤如下：
步骤1：制备生物质/普鲁士蓝复合材料
将fe(no3)3·9h2o、k3[fe(cn)6]、聚乙烯吡咯烷酮(pvp)和柠檬酸钠溶于水中得到深色溶液，将0.4-1g干燥的生物质材料的粉末分别加入上述溶液中，搅拌均匀后静置，过滤分离得到产物，用水洗涤一遍，干燥即制得生物质/普鲁士蓝复合材料；
步骤2：制备fe/c复合材料
将生物质/普鲁士蓝复合材料分别置于石英舟中，在n2中热解，冷却后得到一系列多孔结构的fe/c复合材料。
2.根据权利要求1所述的一种基于生物质材料的复合吸波剂的制备方法，其特征在于：所述fe(no3)3·9h2o、k3[fe(cn)6]、柠檬酸钠和pvp的质量比为1-2：0.6-1.2：0.5-1：1。
3.根据权利要求1所述的一种基于生物质材料的复合吸波剂的制备方法，其特征在于：步骤1所述的生物质材料为玉米芯、柚子皮、海葡萄、莲蓬中的一种。
4.根据权利要求1所述的一种基于生物质材料的复合吸波剂的制备方法，其特征在于：步骤1中静置时间为20-48h，干燥时间为6-12h，干燥温度为60-80℃。
5.根据权利要求1所述的一种基于生物质材料的复合吸波剂的制备方法，其特征在于：步骤2中热解温度为700-900℃，热解时间为1-4h，热解的升温速率为1-5℃/min。
6.根据权利要求1所述的一种基于生物质材料的复合吸波剂的制备方法，其特征在于：所述的fe/c复合微波吸收材料的前驱体中生物质材料与普鲁士蓝的质量比为1:(0.4-0.8)。
技术总结