一種鑲嵌納米銀顆粒的四殼氮摻雜碳球的制備方法
1.本發明屬于材料領域，涉及一種電磁波吸收材料，尤其涉及一種鑲嵌納米銀顆粒的四殼氮摻雜碳球的制備方法。
背景技術：
2.在現代社會，隨著電磁器件在民生、工業、軍事、醫療等領域被廣泛應用，電磁污染問題逐漸受到重視。微波吸收(ma)材料能有效的削弱電磁輻射，使電磁能量轉化為熱能，因而被給予厚望。碳基材料因輕質、高比表面積等性質，能在低填充率下獲得高性能，是工業應用的寵兒。碳的三種同素異形體中，非晶碳與石墨、金剛石相比，工業生產難度最低。非晶碳中碳原子長程無序的性質有利于發生極化作用從而損耗電磁波。但相對的，這也造成了極差的導電性能，限制了非晶碳的實際應用。對于低導電材料，通過復合高導電金屬不僅可以優化導電性，還能獲得異質結構，是提高ma性能的可行方案。銀作為物理化學性質穩定的良導體，經常被用來增加ma材料的介電損耗性能。
3.除了化學性質，微觀形貌也是影響ma性能的重要因素。近年來，諸多基于納米結構的出成果被發表在前沿的ma研究中。然而，在成千上百的納米結構中，由空心、核殼、蛋黃殼復合而來的多殼結構，卻因極高的制備難度而很少被報道。多殼結構不僅擁有高生物相容性、高傳輸效率、大比表面積，還擁有極大的可調性。其空腔的大小、殼層的組分、數量、厚度均能被自由調控，從而有望獲得所需的電磁性能。
4.考慮到非晶碳的低導電特性，通過銀增強其介電并設計成多殼結構，有利于得到良好的ma性能。但目前此類ma材料的制備方法有限，因此，開發一種新的ma材料的制備方法，不論是在科學研究還是實際應用中都是極具參考價值的。
技術實現要素：
5.本發明提供一種鑲嵌納米銀顆粒的四殼氮摻雜碳球的制備方法，以克服現有技術的缺陷。
6.為實現上述目的，本發明提供一種鑲嵌納米銀顆粒的四殼氮摻雜碳球的制備方法，具有這樣的特征：包括以下步驟：步驟一、將硝酸銀加入稀釋的氨水溶液中，攪拌得到銀氨溶液；步驟二、將對氨基苯酚加入銀氨溶液攪拌至溶解；步驟三、將苯甲醛溶液加入步驟二獲得的混合溶液中，攪拌使其與對氨基苯酚進行縮聚反應，得到酚醛樹脂球；步驟四、將丙酮加入步驟三獲得的混合溶液中，攪拌得到四殼酚醛樹脂球；步驟五、將四殼酚醛樹脂球離心、洗滌、冷凍干燥，然后進行真空熱解，得到鑲嵌納米銀顆粒的四殼氮摻雜碳球。
7.進一步，本發明提供一種鑲嵌納米銀顆粒的四殼氮摻雜碳球的制備方法，還可以具有這樣的特征：其中，所述氨水溶液的ph為9，硝酸銀與氨水溶液的用量比為0.2g∶300ml。
8.進一步，本發明提供一種鑲嵌納米銀顆粒的四殼氮摻雜碳球的制備方法，還可以具有這樣的特征：其中，步驟一中，攪拌時間為25分鐘。
9.進一步，本發明提供一種鑲嵌納米銀顆粒的四殼氮摻雜碳球的制備方法，還可以
具有這樣的特征：其中，所述對氨基苯酚與硝酸銀的質量比為1∶0.2。
10.進一步，本發明提供一種鑲嵌納米銀顆粒的四殼氮摻雜碳球的制備方法，還可以具有這樣的特征：其中，所述苯甲醛溶液的質量分數為50％，苯甲醛溶液與硝酸銀的用量比為2ml∶0.2g。
11.進一步，本發明提供一種鑲嵌納米銀顆粒的四殼氮摻雜碳球的制備方法，還可以具有這樣的特征：其中，步驟三中，攪拌時間為25分鐘。
12.進一步，本發明提供一種鑲嵌納米銀顆粒的四殼氮摻雜碳球的制備方法，還可以具有這樣的特征：其中，所述丙酮與硝酸銀的用量比為200ml∶0.2g。
13.進一步，本發明提供一種鑲嵌納米銀顆粒的四殼氮摻雜碳球的制備方法，還可以具有這樣的特征：其中，步驟四中，攪拌時間為10分鐘。
14.進一步，本發明提供一種鑲嵌納米銀顆粒的四殼氮摻雜碳球的制備方法，還可以具有這樣的特征：其中，步驟五中，所述熱解在n2或ar中進行。
15.進一步，本發明提供一種鑲嵌納米銀顆粒的四殼氮摻雜碳球的制備方法，還可以具有這樣的特征：其中，步驟五中，所述熱解的方法為：從室溫以1℃/min的升溫速率升溫至400℃，保溫1小時，再以1℃/min的升溫速率800℃，保溫3小時，保溫結束后自然冷卻至室溫。
16.本發明的有益效果在于：
17.一、本發明通過苯甲醛還原銀氨生成的含銀納米粒子，被動的擾亂酚醛小分子自然團聚形成的交聯度分布，通過丙酮進行一步刻蝕即可得到四殼結構。相比傳統的模板法，該方法高效便捷且安全性較高。
18.二、本發明制備方法得到的鑲嵌納米銀顆粒的四殼氮摻雜碳球，粒徑尺寸在微納米尺度，具有高的比表面積；銀納米顆粒隨機散布在碳基體中，帶來豐富的銀-碳異質界面；多殼結構利于電磁波的捕獲、傳輸和消耗。
19.三、本發明制備方法得到的鑲嵌納米銀顆粒的四殼氮摻雜碳球中，非晶碳基體帶來豐富的缺陷和極性基團，利于發生偶極子極化；銀作為高導電材料，優化了載流子的遷移模型，增強了電導損耗；同時，銀的負載還帶來了額外的異質界面，與多殼結構帶來豐富的表面一起增強界面極化。
20.四、本發明制備方法得到的鑲嵌納米銀顆粒的四殼氮摻雜碳球，在25wt％的填充量下，與石蠟進行充分攪拌并壓模成外徑7.00mm、內徑3.04mm的同軸環，表現出5.85ghz的有效吸收帶寬和-19.62db的最低反射損耗。
附圖說明
21.圖1是實施例制得的鑲嵌納米銀顆粒的四殼氮摻雜碳球的sem和edx測試圖；
22.圖2是實施例制得的鑲嵌納米銀顆粒的四殼氮摻雜碳球和對比實施例的tem圖；
23.圖3是實施例制得的鑲嵌納米銀顆粒的四殼氮摻雜碳球和對比實施例的xrd圖；
24.圖4是實施例制得的鑲嵌納米銀顆粒的四殼氮摻雜碳球和對比實施例的ftir圖；
25.圖5是實施例制得的鑲嵌納米銀顆粒的四殼氮摻雜碳球和對比實施例的反射損耗曲線圖。
具體實施方式
26.以下結合具體實施例對本發明作進一步說明。
27.實施例
28.本實施例提供了一種鑲嵌納米銀顆粒的四殼氮摻雜碳球的制備方法，包括以下步驟：
29.步驟一、在500ml容量體積燒杯中倒入300ml去離子水，滴入氨水溶液直至ph為9。在氨水溶液中加入0.2g硝酸銀，攪拌25分鐘直至溶液渾濁，得到銀氨溶液。
30.步驟二、在銀氨溶液中加入1g對氨基苯酚，磁力攪拌3分鐘使其完全溶解。
31.步驟三、在步驟二獲得的混合溶液中滴入2ml質量分數為50％的苯甲醛溶液，持續攪拌其與對氨基苯酚進行縮聚反應，反應25分鐘，得到酚醛樹脂球。
32.步驟四、在步驟三獲得的混合溶液中倒入200ml丙酮，持續攪拌10分鐘，得到四殼酚醛樹脂球。
33.步驟五、將含有四殼酚醛樹脂球的溶液在3000轉/分鐘的轉速下進行離心處理。用去離子水和乙醇分別洗滌三次。進行冷凍干燥，得到灰粉末。將灰粉末置于n2管式爐中進行真空熱解，熱解方法為：從室溫以1℃/min的升溫速率升溫至400℃，保溫1小時，再以1℃/min的升溫速率800℃，保溫3小時，保溫結束后自然冷卻至室溫，得到鑲嵌納米銀顆粒的四殼氮摻雜碳球。
34.對比實施例
35.本對比實施例提供一種空心碳球的制備方法，包括以下步驟：
36.步驟一、在500ml容量體積燒杯中倒入300ml去離子水，滴入氨水溶液直至ph為9。
37.步驟二、在溶液中加入1g對氨基苯酚，磁力攪拌3分鐘使其完全溶解。
38.步驟三、滴入2ml質量分數為50％的苯甲醛溶液，持續攪拌，反應25分鐘。
39.步驟四、倒入200ml丙酮，持續攪拌10分鐘。
40.步驟五、將溶液在3000轉/分鐘的轉速下進行離心處理。用去離子水和乙醇分別洗滌三次。冷凍干燥，得到淡黃粉末。將淡黃粉末置于n2管式爐中，熱解程序為：從室溫以2℃/min的升溫速率升溫至800℃，在800℃保溫6小時，保溫結束后自然冷卻至室溫，收集到空心碳球黑粉末。
41.將實施例制得的鑲嵌納米銀顆粒的四殼氮摻雜碳球進行sem和edx測試，結果如圖1所示。結果表明，樣品表面出現明顯的納米顆粒。此外，edx測試表示銀元素均勻分布在樣品中。
42.將實施例制得的鑲嵌納米銀顆粒的四殼氮摻雜碳球和對比實施例進行tem測試，結果如圖2所示。結果表明，20-40nm的銀納米顆粒散亂的分布在四殼基體中，而對比例只有單個殼層且不含任何納米粒子。
43.將實施例制得的鑲嵌納米銀顆粒的四殼氮摻雜碳球和對比實施例進行xrd測試，結果如圖3所示。結果表明，鑲嵌納米銀顆粒的四殼氮摻雜碳球出現明顯的(111)、(200)、(220)、(311)、(222)晶面，而(002)的非晶碳寬峰被逐漸掩蓋。
44.將實施例制得的鑲嵌納米銀顆粒的四殼氮摻雜碳球和對比實施例進行ftir測試，結果如圖4所示。結果表明，碳基體中含有-oh、-nh2等極性基團。
45.將實施例制得的鑲嵌納米銀顆粒的四殼氮摻雜碳球和對比實施例進行吸波性能
測試，結果如圖5所示。結果表明，對比實施例沒有有效的吸波性能，而鑲嵌納米銀顆粒的四殼氮摻雜碳球在1.7mm厚度下可以取得5.85ghz的寬吸收性能，這表明鑲嵌納米銀顆粒的四殼氮摻雜碳球巨大的吸波應用潛力。
46.綜上，本發明提供了一種分子動力學調控制備空心結構的制備方法。800℃真空熱解得到的鑲嵌納米銀顆粒的四殼氮摻雜碳球具有寬的吸收區域，相較于空心碳球有很大的增幅。這是因為多殼結構帶來的輕質、豐富表面以及高導電銀納米粒子利于優化載流子遷移模型和電導損耗，同時非晶碳基體中的缺陷和極性基團以及銀-碳異質界面利于發生極化損耗從而消耗電磁波。
技術特征：
1.一種鑲嵌納米銀顆粒的四殼氮摻雜碳球的制備方法，其特征在于：包括以下步驟：步驟一、將硝酸銀加入稀釋的氨水溶液中，攪拌得到銀氨溶液；步驟二、將對氨基苯酚加入銀氨溶液攪拌至溶解；步驟三、將苯甲醛溶液加入步驟二獲得的混合溶液中，攪拌使其與對氨基苯酚進行縮聚反應，得到酚醛樹脂球；步驟四、將丙酮加入步驟三獲得的混合溶液中，攪拌得到四殼酚醛樹脂球；步驟五、將四殼酚醛樹脂球離心、洗滌、冷凍干燥，然后進行真空熱解，得到鑲嵌納米銀顆粒的四殼氮摻雜碳球。2.根據權利要求1所述的鑲嵌納米銀顆粒的四殼氮摻雜碳球的制備方法，其特征在于：其中，所述氨水溶液的ph為9，硝酸銀與氨水溶液的用量比為0.2g∶300ml。3.根據權利要求1所述的鑲嵌納米銀顆粒的四殼氮摻雜碳球的制備方法，其特征在于：其中，步驟一中，攪拌時間為25分鐘。4.根據權利要求1所述的鑲嵌納米銀顆粒的四殼氮摻雜碳球的制備方法，其特征在于：其中，所述對氨基苯酚與硝酸銀的質量比為1∶0.2。5.根據權利要求1所述的鑲嵌納米銀顆粒的四殼氮摻雜碳球的制備方法，其特征在于：其中，所述苯甲醛溶液的質量分數為50％，苯甲醛溶液與硝酸銀的用量比為2ml∶0.2g。6.根據權利要求1所述的鑲嵌納米銀顆粒的四殼氮摻雜碳球的制備方法，其特征在于：其中，步驟三中，攪拌時間為25分鐘。7.根據權利要求1所述的鑲嵌納米銀顆粒的四殼氮摻雜碳球的制備方法，其特征在于：其中，所述丙酮與硝酸銀的用量比為200ml∶0.2g。8.根據權利要求1所述的鑲嵌納米銀顆粒的四殼氮摻雜碳球的制備方法，其特征在于：其中，步驟四中，攪拌時間為10分鐘。9.根據權利要求1所述的鑲嵌納米銀顆粒的四殼氮摻雜碳球的制備方法，其特征在于：其中，步驟五中，所述熱解在n2或ar中進行。10.根據權利要求1所述的鑲嵌納米銀顆粒的四殼氮摻雜碳球的制備方法，其特征在于：其中，步驟五中，所述熱解的方法為：從室溫以1℃/min的升溫速率升溫至400℃，保溫1小時，再以1℃/min的升溫速率800℃，保溫3小時，保溫結束后自然冷卻至室溫。
技術總結
本發明公開了一種鑲嵌納米銀顆粒的四殼氮摻雜碳球的制備方法，包括以下步驟：步驟一、將硝酸銀加入稀釋的氨水溶液中，攪拌得到銀氨溶液；步驟二、將對氨基苯酚加入銀氨溶液攪拌至溶解；步驟三、將苯甲醛溶液加入步驟二獲得的混合溶液中，攪拌使其與對氨基苯酚進行縮聚反應，得到酚醛樹脂球；步驟四、將丙酮加入步驟三獲得的混合溶液中，攪拌得到四殼酚醛樹脂球；步驟五、將四殼酚醛樹脂球離心、洗滌、冷凍干燥，然后進行真空熱解，得到鑲嵌納米銀顆粒的四殼氮摻雜碳球。本發明極大簡化了多殼結構的制備工藝，且制得的四殼氮摻雜碳基復合球適合用于電磁波吸收領域。合用于電磁波吸收領域。
