本申请涉及吸波材料，尤其是涉及一种金属-碳元素修饰的复合气凝胶及其制备方法和应用。
背景技术：
1、随着信息时代的发展，各种依靠电磁波传输信息的设备层出不穷，给我们带来便利的同时，也造成了电磁辐射污染。在民用领域，随着电子工业技术的高速发展，不同频率的电磁波充斥着人们的生活空间，造成严重的电磁污染，对人类健康与生存环境造成危害，同时对电子设备、精密仪表、通讯信号及参数测试等产生较大干扰；而电磁吸波材料能够将入射电磁波转化为热量等其他形式的能量从而耗散电磁波，对减弱电磁辐射污染具有重要作用，因此对电磁吸波材料的研究成为了一个研究热点。此外，电磁吸波材料能够提高战斗机、坦克、战舰等装备的隐蔽性能，从而提高作战能力，对我国国防实力的提高和现代武器装备的研发具有深远意义。因此，无论民用还是军用，研究吸波材料都是重要并且必要的。
2、然而，传统吸波材料面临着密度大，吸收带宽窄及可调控性差等一系列问题，在民用领域和军用领域的应用受限，亟需设计一种兼具薄层、宽频、高效、轻质的吸波材料。
技术实现思路
1、为了解决现有技术中的问题，本申请提供一种金属-碳元素修饰的复合气凝胶及其制备方法和应用。
2、第一方面，本申请提供一种金属-碳元素修饰的复合气凝胶的制备方法，采用如下的技术方案：
3、一种金属-碳元素修饰的复合气凝胶的制备方法，包括如下步骤：
4、s1，制备含m金属离子的酸溶液，记为溶液a；
5、将聚乙烯吡络烷酮与去离子水、二维材料混合，超声处理得到溶液b；
6、s2，将碳氮有机材料、所述溶液a、所述溶液b混合，得到混合溶液，将所述混合溶液冷冻干燥，得到金属元素修饰的复合气凝胶；
7、s3，将所述金属元素修饰的复合气凝胶与碳源混合，在惰性氛围中进行热处理，得到所述金属-碳元素修饰的复合气凝胶。
8、s1中，所述m金属离子包括fe3+、mn2+、ni2+、cu2+、zn2+中的至少两种；所述二维材料包括石墨烯、mxene中的至少一种；
9、s2中，所述碳氮有机材料包括壳聚糖、聚吡咯、双氰胺中的至少一种；
10、s3中，碳源包括三聚氰胺、双氰胺中的至少一种。
11、本申请通过二维材料与碳氮有机材料作为反应原料制备具有气凝胶作为吸波剂，在短时间内使反应物在分子水平上分散均匀，有助于制备得到具有三维定向结构的气凝胶；在上述具有三维定向结构的中间产物中掺入过渡磁性金属（m金属离子）和碳元素，不仅能够使气凝胶获得较好的阻抗匹配特性，能够让多数电磁波进入到气凝胶中进行损耗，使有效吸收带宽增强，而且能够使气凝胶具备多界面特性，可有效增强介电损耗特性，使本申请的气凝胶具有磁损耗和介电损耗等多重损耗特性。进一步地，s3中碳元素的引入，不仅能够增加气凝胶中碳基产物的数量、提高气凝胶的导电性，有助于气凝胶发挥高效吸收、衰减电磁波的效果，而且碳元素的引入也能够在气凝胶中生成连续的三维网状结构，从而有助于强化其轻质和多孔的特性，这不仅能降低气凝胶的密度（本发制备得到的气凝胶的密度大致为35mg/cm3），而且能进一步提升气凝胶的吸波性能和隔热性能。
12、因此，本申请的气凝胶作为吸波材料具有实现低密度、宽频带电磁波强吸收的特性。并且，通过调整原材料的用量、热处理过程中的工艺条件，能够有效改变气凝胶的组分及电导率，从而对气凝胶的电磁参数进行有效的调控，使气凝胶能够满足不同的应用场景需求。
13、优选地，s1中，所述溶液a的制备方法包括如下步骤：将含有所述m金属离子的原料与弱酸溶液混合，即得所述溶液a；
14、其中，所述弱酸溶液包括冰醋酸、碳酸中的至少一种；所述弱酸溶液的浓度为0.15-0.3mol/l。
15、本发明中的弱酸溶液能够溶解碳氮有机材料，使其能够与其他原料反应，有助于制备得到具有三维定向结构的气凝胶。
16、优选地，所述溶液a中，所述m金属离子的浓度为0.015-0.03mol/l。
17、优选地，含有所述m金属离子的原料包括含有所述m金属离子的金属盐、含有所述m金属离子的金属框架有机物。
18、通过控制m金属离子的浓度，能够将气凝胶胶中掺杂的过渡磁性金属离子的浓度控制在合理的范围内，有助于气凝胶中的个界面之间互相配合，形成完美的阻抗匹配，通过多次散射和强界面极化，使本申请的气凝胶具有优异的电磁波吸收性能。
19、优选地，所述溶液b中，所述聚乙烯吡络烷酮、所述去离子水、所述二维材料的质量比为4-6：300-500：1-2。
20、优选地，所述碳氮有机材料与所述溶液a的质量比为4-8：100-200。
21、优选地，所述溶液a与所述溶液b的质量比为3-5：1-2。
22、通过控制碳氮有机材料、溶液a与溶液b的质量比，有助于反应原料之间充分反应，不仅有助于维持气凝胶的多孔特性和多孔的取向一致性，而且有助于形成具有多界面结构的气凝胶，可有效改善气凝胶的阻抗匹配特性及电磁波损耗特性。
23、优选地，所述金属元素修饰的复合气凝胶与所述碳源的质量比为1：1-2。
24、通过金属元素修饰的复合气凝胶与碳源混合进行热处理并控制碳源的引入量，能够使气凝胶中生成足够数量的碳基产物，以及引入合适的连续三维网状结构，两者配合使气凝胶中始终保持多孔特性，不仅有助于提高气凝胶材料的导电性，而且有助于降低气凝胶的密度，获得质轻且吸波性能优异的气凝胶。
25、优选地，热处理过程中，以3-7℃/min的升温速度升温至600-900℃后保温1.5-3h。
26、优选地，惰性氛围中的气体为氮气、氦气中的至少一种。
27、通过调整合适的升温梯度并控制反应温度，有助于气凝胶中生成均匀且取向一致的多孔结构，有助于获得低密度、低填充比、强吸收的气凝胶。
28、第二方面，本申请提供一种金属-碳元素修饰的复合气凝胶，采用如下的技术方案：
29、一种金属-碳元素修饰的复合气凝胶，如上述任一项所述方法制备得到。
30、第二方面，本申请提供一种金属-碳元素修饰的复合气凝胶在吸波领域中的应用，采用如下的技术方案：
31、一种金属-碳元素修饰的复合气凝胶在吸波领域中的应用。
1.一种金属-碳元素修饰的复合气凝胶的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
2.如权利要求1所述的金属-碳元素修饰的复合气凝胶的制备方法，其特征在于：s1中，所述溶液a的制备方法包括如下步骤：将含有所述m金属离子的原料与弱酸溶液混合，即得所述溶液a；
3.如权利要求1所述的金属-碳元素修饰的复合气凝胶的制备方法，其特征在于：所述溶液a中，所述m金属离子的浓度为0.015-0.03mol/l。
4.如权利要求1所述的金属-碳元素修饰的复合气凝胶的制备方法，其特征在于：所述溶液b中，所述聚乙烯吡络烷酮、所述去离子水、所述二维材料的质量比为4-6：300-500：1-2。
5.如权利要求1所述的金属-碳元素修饰的复合气凝胶的制备方法，其特征在于：所述碳氮有机材料与所述溶液a的质量比为4-8：100-200。
6.如权利要求5所述的金属-碳元素修饰的复合气凝胶的制备方法，其特征在于：所述溶液a与所述溶液b的质量比为3-5：1-2。
7.如权利要求1所述的金属-碳元素修饰的复合气凝胶的制备方法，其特征在于：所述金属元素修饰的复合气凝胶与所述碳源的质量比为1：1-2。
8.如权利要求1-7任一项所述的金属-碳元素修饰的复合气凝胶的制备方法，其特征在于：热处理过程中，以3-7℃/min的升温速度升温至600-900℃后保温1.5-3h。
9.一种金属-碳元素修饰的复合气凝胶，其特征在于：如权利要求1-8任一项所述方法制备得到。
10.如权利要求9所述的一种金属-碳元素修饰的复合气凝胶在吸波领域中的应用。
