一種FeCo/ZnO複合吸波材料的製備方法與流程
2023-09-16 20:05:30 3
本發明涉及一種具有多損耗機制的FeCo/ZnO複合吸波材料的製備方法，屬於微波吸收領域。
背景技術：
近年來，雷達吸波材料因其在軍事、商業中的廣泛應用引起越來越多的關注。眾所周知，微波吸收材料作為一種功能材料可以有效的吸收雷達波，並且通過材料自身的磁損耗或介電損耗將其轉化為熱能或其它形式的能量。吸收劑是吸波材料中起關鍵作用的組成部分，吸波材料主要靠吸收劑來吸收和衰減雷達波。要製備性能優異的吸波材料，必須研製質輕、吸收頻帶寬、對雷達波具有強吸收的吸收劑。一種吸波性能優異的吸收劑，必須具有很高的阻抗匹配，即可使電磁波完全進入到材料的內部，並儘可能多將其損耗掉進而減小反射。與傳統的磁性金屬和鐵氧體吸收劑相比較，半導體作為一種新型的介電型吸波材料逐漸受到了廣泛關注。如HeShuai等人發現多層的CuS在塗層厚度3.5mm時反射率可以達到-76.4dB(S.He,G.ShengW.C.Lu,X.Luo,B.Wen,L.Guo,M.S.Cao.ChemPlusChem2013,78,250-258)。WangGuang-Sheng等人採用水熱法成功製備了棒狀的納米β-MnO2，並將其與聚偏氟乙烯(PVDF)複合，在2.5mm下反射率損耗可達-75dB(G.S.Wang,L.Z.Nie,S.H.Yu,RSCAdv,2012,2,6216–6221)。ZhouMin製備的α-MnO2空心球在1.9mm時也能達到-40dB(M.Zhou,X.Zhang,J.M.Wei,S.L.Zhao,L.Wang,B.X.Feng.J.Phys.Chem.C2011,115,1398–1402)。為了利用半導體的優點，並擴展其應用範圍，各國科學家紛紛將半導體與磁性材料複合。其吸波性能相對於單一材料會有顯著提升，如LiuX.G採用電弧放電法，製備的Fe/ZnO複合物在3mm厚度下，反射率可達到-57.1dB，而同一厚度下，純Fe及ZnO均小於-40dB(X.G.Liu,D.Y.Geng,H.Meng,P.J.Shang,andZ.D.Zhang,Appl.Phys.Lett.92,2008,173117)。ZhaoBiao等人採用兩步水熱法合成的Ni-SnO2球，與未添加SnO2前，反射率損耗顯著提升，達到-18.6dB，用該種方法製備的純Ni反射率只能達到-5dB(B.Zhao,G.Shao,B.B.Fan,W.Li,X.X.Pian,R.Zhang,MaterialsLetters121,2014,118-121)。所以，將磁損耗材料與介電型複合得到多損耗機制的複合材料，將能有效的提高其阻抗匹配和損耗能力。在磁性材料中，鐵鈷合金具有高的飽和磁化強度和居裡溫度，特別是當鐵鈷的原子比為50:50時，居裡溫度達到最大值，約980℃，在此溫度下鐵鈷合金均具有較好的吸波性能。而且，就其化學穩定性而言，鐵鈷以固溶體形態存在，抗氧化能力強。儘管有較多的FeCo合成及微波吸收研究文獻，但基於多損耗機制的FeCo/半導體複合材料尚無報導。
技術實現要素：
發明目的：針對單一型磁損耗和介電損耗吸收劑存在的不足，本發明所要解決的技術問題是提供一種具有多損耗機制FeCo/ZnO複合吸波材料的製備方法。ZnO具有高的介電常數，而FeCo合金具有高的飽和磁化強度、磁損耗強、居裡溫度高的優點，將FeCo合金與半導體ZnO複合可提升電磁波的吸收能力，拓寬頻帶。發明內容：為解決上述技術問題，本發明所採用的技術手段為：一種FeCo/ZnO複合吸波材料的製備方法，包括如下步驟：步驟1，稱取一定量的FeSO4和CoCl2溶入蒸餾水中，對混合物料機械攪拌後往其中依次加入所需量的NaOH溶液、水合肼和ZnCl2，得到混合溶液；步驟2，在密封條件下，將步驟1的混合溶液置於反應釜中進行加熱反應，其中，所述加熱的溫度為120～200℃，所述加熱的時間為12～15h；步驟3，對經過步驟2反應後得到的產物進行磁性分離，再進行洗滌、乾燥處理即可。其中，步驟1中，對於每1mmolFeSO4，CoCl2的加入量為1mmol。其中，步驟1中，所述NaOH溶液的濃度為3mol/L。其中，步驟1中，對於每1mmolFeSO4，NaOH溶液的加入量為5ml。其中，步驟1中，對於每1mmolFeSO4，水合肼的加入量為1.25mL。其中，步驟1中，對於每1mmolFeSO4，ZnCl2的加入量為1mmol。其中，步驟3中，所述洗滌是採用無水乙醇和蒸餾水進行洗滌。其中，步驟3中，所述乾燥的條件為在真空條件下，所述乾燥溫度為60℃，乾燥時間為12h。有益效果：相比於現有技術，本發明採用一步水熱合成法製備FeCo/ZnO複合吸波材料，該方法用料簡單，製備工藝簡單，後續處理簡單，無需複雜的合成設備，因此製備成本低，適合工業大規模生產；另外，本發明方法製備得到的FeCo/ZnO複合吸波材料應用範圍非常廣泛，其不僅具有較強的磁性能和較寬的吸收頻帶，同時還能結合ZnO半導體的介電損耗和FeCo合金的磁損耗，使材料的吸波性能達到最優。附圖說明圖1為FeCo合金與實施例1、2、3製備得到的FeCo/ZnO複合材料的X射線衍射圖；圖2為實施例1、2、3製備得到的FeCo/ZnO複合材料的EDX圖；圖3為FeCo合金的電鏡掃描FE-SEM照片；圖4為FeCo/ZnO複合材料的電鏡掃描FE-SEM照片；圖5ZnO、FeCo合金以及FeCo/ZnO複合材料的反射損耗曲線；圖6為在加熱反應時間分別為12、15、20h時製得的FeCo/ZnO複合材料的反射損耗曲線；圖7為在加熱反應溫度分別為130、140、150℃下時製得的FeCo/ZnO複合材料的反射損耗曲線。具體實施方式：以下結合附圖和具體實施例對本發明的技術內容作進一步說明。實施例1：一種FeCo/ZnO複合吸波材料的製備方法，包括如下步驟：步驟1，稱取4mmolFeSO4和4mmolCoCl2溶於50ml蒸餾水中進行機械攪拌，對混合物料機械攪拌後往其中依次加入20mL3mol/L的NaOH溶液、5ml水合肼和4mmolZnCl2，得到混合溶液；步驟2，在密封條件下，將步驟1的混合溶液置於反應釜中進行加熱反應，其中，加熱的溫度為150℃，加熱的時間為12h；步驟3，反應完畢後，將反應後得到的產物冷卻至室溫後進行磁性分離，再對產物採用無水乙醇和蒸餾水反覆清洗，清洗後於真空條件下，溫度60℃下乾燥12h即可。實施例2：實施例2的製備方法與實施例1的製備方法基本一致，僅步驟2中的加熱溫度和加熱時間不同，實施例2的步驟2中加熱溫度為140℃，加熱的時間為15h。實施例3：實施例3的製備方法與實施例1的製備方法基本一致，僅步驟2中的加熱溫度和加熱時間不同，實施例2的步驟2中加熱溫度為130℃，加熱的時間為13h。實施例4：實施例4的製備方法與實施例1的製備方法基本一致，僅步驟2中的加熱溫度和加熱時間不同，實施例2的步驟2中加熱溫度為200℃，加熱的時間為15h。圖1為FeCo合金與實施例1、2、3製備得到的FeCo/ZnO複合材料X射線衍射圖，從XRD圖中可以看出，FeCo合金在(110)晶面出現明顯的特徵衍射峰，當與ZnO複合後，衍射峰中出現了ZnO的101、100、002、102衍射面，且FeCo衍射峰仍存在，表明製備的產物為FeCo/ZnO複合物。圖2為實施例1、2、3製備得到的FeCo/ZnO複合材料的EDX圖，從圖中可以看出，製得的FeCo/ZnO複合材料含有Fe,Co,Zn三種元素。圖3為純的FeCo合金的電鏡掃描FE-SEM照片，從圖中可以看出，純的FeCo呈現六角錐形。圖4為FeCo/ZnO複合材料的FE-SEM照片，從圖中可以看出，ZnO顆粒均勻的分布在六角圓錐狀FeCo合金的表面，且呈現筆狀物。圖5為純的ZnO、純的FeCo合金與FeCo/ZnO複合材料的介電損耗圖，從圖中可以看出，相比於純的FeCo和ZnO，FeCo/ZnO複合材料介電損耗有顯著的提升。圖6為在水熱反應時間分別為12、15、20h下，製得的FeCo/ZnO複合材料的反射損耗圖，從圖中可以明顯看出，當加熱反應時間為12h時，塗層厚度為1.5mm下時，反射損耗最低可達到-31dB；雖然比15h時的反射損耗要小，但吸收頻帶更寬，因此反應時間為12h時，FeCo/ZnO複合材料的吸波性能最好。圖7為在水熱反應溫度分別為130、140、150℃，反應時間均為12小時下，得到的FeCo/ZnO複合物的反射損耗圖，從圖中可以看出，當反應溫度為150℃時，反射損耗可達到-31dB；當反應溫度為130和140℃時，反射損耗分別為-18dB和-17dB，因此當反應溫度為150℃時，FeCo/ZnO複合材料的吸波性能最好。本發明方法能夠在六角圓錐型鐵鈷合金的表面均勻分布長3～4μm、寬200～300nm左右的筆狀物ZnO顆粒，本發明採用一步水熱法能夠快速製得多損耗機制、吸波性能優異的複合材料，在較低塗層厚度下，相比純的FeCo和ZnO，複合材料的吸波性能有顯著的提升，本發明製備方法工藝簡單可控，價格低廉，適合工業化生產。本發明FeCo/ZnO複合材料中鐵鈷合金具有高的飽和磁化強度、高的磁損耗和高的居裡溫度，從而可以彌補ZnO半導體的不足，另外，複合材料中ZnO半導體呈棒狀結構，棒狀結構的ZnO半導體處於單分散狀態，沒有出現團聚現象，棒狀結構的ZnO半導體環繞在六角圓錐型的FeCo的周圍，進而有效的提升了複合材料的介電損耗能力和阻抗匹配性能，因此複合材料的吸波性能得到了大幅度的提升，本發明複合材料應用範圍非常廣泛，例如可作為輕質電磁屏蔽材或製作微電子元件等。