静电纺丝与水热负载技术的精密结合
静电纺丝与水热负载技术的精密结合 电磁波吸收材料(MAMs)的性能在很大程度上取决于其微观结构。为了构建一种兼具轻量化、宽频带和强吸收特性的先进材料,研究团队采用了一种多步骤、精密的合成策略,其核心起始于静电纺丝技术以及后续的水热负载过程。 第一步:静电纺丝制备碳纳米纤维(CFs)基底 静电纺丝技术是制备一维微纳米纤维的一种高效且通用的方法。该过程的起点是制备一种具有特定流变学性质的前驱体溶液。通常,将高聚物(如聚丙烯腈PAN或聚乙烯吡咯烷酮PVP)溶解在适当的有机溶剂(如N, N-二甲基甲酰胺DMF)中,形成均一、粘稠的纺丝液。为了赋予纤维最终的电磁功能,研究人员会在此溶液中掺入金属盐(如镍盐和铁盐),这些金属离子会均匀地分散在高分子链网络中。 在高压静电场(通常为10-20 kV)作用下,前驱体溶液从注射器针头中被拉伸形成泰勒锥,并进一步被加速拉伸成直径在几百纳米到几微米之间的连续射流。在此过程中,溶剂迅速挥发,固化后的纤维以无纺布的形式收集在接地滚筒上。这样得到的原始纤维还需经过一步关键的高温碳化处理:在惰性气体(如氩气)保护下,以可控的升温程序进行热处理。此过程中,高分子发生热解和碳化,挥发性成分被移除,最终形成具有良好导电性的碳纳米纤维(CFs)三维网络。先前加入的金属盐被还原成金属纳米颗粒,这些颗粒被牢固地嵌入碳纤维内部或表面,不仅提供了磁性损耗中心,也为后续的水热反应提供了成核位点。 第二步:水热法负载FeNi层状双氢氧化物(LDH) 获得嵌入金属颗粒的碳纳米纤维基底后,下一步是构建具有更高比表面积和丰富活性位点的二级结构。水热合成法因其反应条件温和、产物结晶度好、形貌可控而被采用。 研究人员将制备好的碳纳米纤维布置于高压反应釜(高压反应釜)内衬中,并加入含有铁源(如Fe(NO₃)₃)、镍源(如Ni(NO₃)₂)和尿素(尿素)的混合水溶液。尿素在水热环境下会缓慢分解,使溶液pH值均匀升高,从而创造一个稳定的弱碱性沉淀环境。溶液中的Fe³⁺和Ni²⁺离子与水解产生的OH⁻离子以及溶液中的CO₃²⁻(源自尿素的分解或空气中CO₂的溶解)发生反应,在碳纤维表面原位结晶生长出FeNi-LDH。 [...]

