介電/磁性複合吸波粉體的製備方法
2023-09-20 16:23:10
專利名稱：介電/磁性複合吸波粉體的製備方法
技術領域：
本發明涉及的是一種複合材料技術領域的製備方法，具體地說，是一種介電/磁性複合吸波粉體的製備方法。
背景技術：
不同頻率的電磁波正進入人類的生活和生產領域，電磁輻射造成巨大的環境汙染，這種汙染包括兩個方面一方面是對人體健康和安全的影響；另一方面是對各種電子儀器、設備的電磁幹擾。在電磁波防護領域，通常採用電磁屏蔽進行防護。由於電磁屏蔽會帶來電磁波高反射弊端，因此目前對屏蔽材料的要求也由過去的高反射調整為高吸收低反射。電磁波通過介質時，能量的衰減與通過介質時磁損耗與電損耗有關。吸波材料一般由基本材料與損耗介質複合而成。根據吸波機理的不同，吸波材料的損耗介質可以分為電損耗型和磁損耗型兩大類。現代材料正朝著複合材料方向發展，因為複合可以保持兩組分的優點，可裁剪材料的電磁參數，拓寬微波吸收頻帶，改善吸收效率，提高綜合性能，滿足電磁屏蔽、微波暗室和軍事隱身等的要求。
經對現有技術文獻檢索發現，中國專利公開號CN1441013，名稱有機/無機複合電磁波吸波及屏蔽塗層材料，該專利在製備時是將磁性粉體和介電材料機械混合的辦法得到兩相複合吸收劑。但採用此法存在組分不容易混均勻，各相以團聚狀出現，界面和組織結構差，球磨過程容易引入雜質，不能充分發揮複合的優勢等不足。
發明內容
本發明的目的在於針對現有技術中存在的不足，提供一種介電/磁性複合吸波粉體的製備方法。其採用原位沉積技術，可以有效控制各相組成的均勻分散。薄的沉積層，改善了粉體的表面狀況，增加了不同相的接觸界面，創造了更多的吸波機制。本發明製得的複合材料中各相物質分布均勻，厚度可控，電磁參數可以裁剪，大量的相界面提供了新的損耗機制。
本發明是通過以下技術方案實現的，包括以下步驟(1)磁性粉體的製備。採用蔗糖-硝酸鹽技術製備磁性粉體材料，將含鐵氧體組分的硝酸鹽，如硝酸鐵、硝酸鋇、硝酸鍶、硝酸鎳等的水溶液和蔗糖溶液混合，原料摩爾比為蔗糖/(金屬離子總和)＝2.0，加熱得到鐵氧體的前驅體，然後處理該前驅體得到磁性粉體。
(2)磁性粉體的表面處理。按預計配比為磁性相/(磁性相+介電相)＝65-95wt％，取上面的磁性粉體，加入到0.1-3.0vol％的有機溶液中，保證粉體全部被液體淹沒，有機溶液可以是聚酯亞胺，聚乙烯亞胺，聚丙烯亞胺的一種或一種以上，攪拌1-3小時，然後倒出液體，得到含有氨基官能團的磁性粉體備用。
(3)原位沉積介電/磁性複合材料。將上面處理過的磁性粉體分散在水溶液中，超聲分散5-15分鐘。對於無機介電材料的沉積，在機械攪拌條件下，加入要沉積的無機前驅體到上述含磁性粉體的溶液中，用鹼或酸調節溶液的pH到8-10，然後移入95℃恆溫水浴，沉積1-5小時。對於聚合物介電材料的沉積，將含磁性粉體燒杯移入冰水混合浴中，維持0-10℃，加入單體，連續攪拌下，緩慢滴加使單體聚合的氧化劑，反應8-20小時。
(4)將上述反應完成後的容器從冰浴或水浴中取出，抽濾，先用大量去離子水洗，再用乙醇或丙酮清洗，直到濾液無色或用稀硝酸銀檢測無沉澱為止，最後將溼粉體在80℃的真空乾燥箱中乾燥24小時，得到介電/磁性的複合粉體。
磁性相是指氧化物磁性材料，如鐵氧體，包括尖晶石型鐵氧體，磁鉛石型鐵氧體，石榴石型鐵氧體；而介電相可以是有機高聚物，如聚苯胺；也可以是無機介電材料，如二氧化鈦。
因為磁性粉體經特殊有機溶劑處理後，表面吸附官能團，明顯改變了粉體表面電位性質，使粉體由於電位間作用力而易於分散在溶液中，加入要沉積的物質後，控制生成工藝，以粉體為成核位置，沉積在粉體表面進行，經過一定時間的沉積，得到均勻的包覆層，通過分離和清洗得到複合粉體。由於粉體的高度分散，所以得到的複合粉體兩相非常均勻。同時在形成過程中，有大量的介電和磁粉界面，有利於高頻電磁波下的極化，增加吸收。
本發明具有優點如下介電相和磁性相均勻分散，材料的組織結構對稱。同時在生成過程中，介電相和磁性相之間以「點—面」接觸的形式逐步完成，形成大量了的界面。電磁場下，界面極化增加了吸波機制，有利於吸收電磁波。同時這種製備方法裁剪材料的電磁參數容易，在拓寬微波吸收頻帶，改善吸收效率，提高綜合性能有優勢。
具體實施例方式
結合上述的發明內容提供以下實施例(所用的試劑均為分析純)實施例1步驟1將定量的硝酸鐵(Fe(NO3)3.9H2O)、硝酸鍶(Sr(NO3)2)，白沙糖，原料摩爾比為蔗糖(Fe3++Sr2+)＝2.0，加去離子水室溫攪拌混合均勻。熱處理得到前驅體。將前驅體置於剛玉燒舟內，在馬弗爐內450℃預處理兩小時，然後以每分鐘10℃升溫速度到900℃溫度，保持1小時，隨爐冷卻，得到磁鉛石型磁性粉體。
步驟2稱取2.0克新鮮製備磁性粉體，加入到0.1vol％的聚乙烯亞胺的水溶液中，攪拌3小時，然後將溶液倒出，得到表面處理過的磁性粉體。
步驟3稱取1摩爾的鹽酸溶液10克，補充去離子水到500毫升，然後加入步驟2中的磁性粉體，超聲波分散15分鐘，再加入0.9克苯胺單體，將上述的容器移入0℃的冰浴中，機械攪拌30分鐘後，緩慢滴加10克1摩爾的過硫酸胺溶液，沉積反應8小時。
步驟4將上述反應完成後的容器從冰浴中取出，真空抽濾，先用大量去離子水洗數次，再用乙醇清洗，直到濾液無色為止，最後將溼粉體在80℃的真空乾燥箱中乾燥24小時，得到兩相均勻分散且磁性相/(磁性相+介電相)＝80wt％的複合粉體，在8-12GHz波段的吸收達2-18dB。
實施例2步驟1將定量的硝酸鐵(Fe(NO3)3.9H2O)、硝酸鋇(Ba(NO3)2)，白沙糖，原料摩爾比為蔗糖(Fe3++Ba2+)＝2，加去離子水室溫攪拌混合均勻。熱處理得到前驅體。將前驅體置於剛玉燒舟內，在馬弗爐內450℃預處理兩小時，然後以每分鐘10℃升溫速度到900℃溫度，保持1小時，隨爐冷卻，得到石榴石型磁性粉體。
步驟2稱取8.0克新鮮製備磁性粉體，加入到3.0vol％的聚酯亞胺水溶液中，攪拌3小時，然後將溶液倒出，得到表面處理過的磁性粉體。
步驟3稱取1摩爾的鹽酸溶液25克，補充去離子水到1000毫升，然後加入步驟2中的磁性粉體，超聲波分散10分鐘，加入1.4克苯胺單體，將上述的容器移入10℃的水浴中，機械攪拌30分鐘後，緩慢滴加26克1摩爾的過硫酸胺溶液，沉積反應20小時。
步驟4將上述反應完成後的容器從水浴中取出，真空抽濾，先用大量去離子水洗清洗，再用丙酮清洗，直到濾液無色為止，最後將溼粉體在80℃的真空乾燥箱中乾燥24小時，得到兩相均勻分散且磁性相/(磁性相+介電相)＝95wt％的複合粉體，得到含聚苯胺的複合粉體，在8-12GHz波段的吸收達2-16dB。
實施例3步驟1將定量的硝酸鐵(Fe(NO3)3.9H2O)、硝酸鎳(Ni(NO3)2.6H2O)，白沙糖，原料摩爾比為蔗糖(Fe3++Ni2+)＝2，加去離子水室溫攪拌混合均勻。熱處理得到前驅體。將前驅體置於剛玉燒舟內，在馬弗爐內450℃預處理兩小時，然後以每分鐘10℃升溫速度到700℃溫度，保持1小時，隨爐冷卻，得到尖晶石型磁性粉體。
步驟2稱取5.0克新鮮製備磁性粉體，加入到1.5vol％的聚丙烯亞胺和聚乙烯亞胺水溶液中，攪拌3小時，然後將溶液倒出，得到表面處理過的磁性粉體。
步驟3稱取1摩爾的鹽酸溶液12克，補充去離子水到800毫升，然後加入步驟2中的磁性粉體，超聲波分散5分鐘，加入1.56克苯胺單體，將上述的容器移入5℃的水浴中，機械攪拌30分鐘後，緩慢滴加10克1摩爾的過硫酸胺溶液，沉積反應15小時。
步驟4將上述反應完成後的容器從水浴中取出，真空抽濾，先用大量去離子水洗清洗，再用丙酮清洗，直到濾液無色為止，最後將溼粉體在80℃的真空乾燥箱中乾燥24小時，得到兩相均勻分散且磁性相/(磁性相+介電相)＝65wt％的複合粉體，在8-12GHz波段的吸收達1-15dB。
實施例4步驟1-2同實例2中的步驟1-2。
步驟3稱取四氯化鈦溶液5克，補充去離子水到600毫升，然後加入步驟2中的磁性粉體，超聲波分散15分鐘，緩慢滴加1摩爾的氫氧化鈉溶液調節pH到8.0，將上述的容器移入95℃恆溫水浴，連續機械攪拌，水解反應5小時。
步驟4將上述反應完成後的容器從恆溫水浴中取出，真空抽濾，用去離子水清洗數次，再用乙醇清洗，用稀的硝酸銀溶液檢驗直到無白色混濁為止，最後將溼粉體在80℃的真空乾燥箱中乾燥24小時，得到兩相均勻分散且磁性相/(磁性相+介電相)＝90wt％的複合粉體，得到均勻的含二氧化鈦的複合粉體，在8-12GHz波段的吸收達3-14dB。
實施例5步驟1-2同實例2中的步驟1-2。
步驟3稱取四氯化鈦溶液10克，補充去離子水到600毫升，然後加入步驟2中的磁性粉體，超聲波分散10分鐘，滴加1摩爾的氫氧化鈉溶液調節pH到10.0，將上述的容器移入95℃的熱水浴中，連續機械攪拌，水解反應1小時。
步驟4將上述反應完成後的容器從恆溫水浴中取出，真空抽濾，先用去離子水清洗數次，再用乙醇清洗，用稀的硝酸銀溶液檢驗直到無白色混濁為止，最後將溼粉體在80℃的真空乾燥箱中乾燥24小時，得到兩相均勻分散且磁性相/(磁性相+介電相)＝70wt％的複合粉體，在8-12GHz波段的吸收達2-12dB。
實施例6步驟1-2同實例3中的步驟1-2。
步驟3稱取四氯化鈦溶液8克，補充去離子水到600毫升，然後加入步驟2中的磁性粉體，超聲波分散15分鐘，滴加1摩爾的氫氧化鈉溶液調節pH到9.0，將上述的容器移入95℃的熱水浴中，連續機械攪拌，水解反應3小時。
步驟4將上述反應完成後的容器從恆溫水浴中取出，真空抽濾，先用去離子水清洗數次，再用乙醇清洗，用稀的硝酸銀溶液檢驗直到無白色混濁為止，最後將溼粉體在80℃的真空乾燥箱中乾燥24小時，得到兩相均勻分散且磁性相/(磁性相+介電相)＝80％的複合粉體，得到含二氧化鈦12％左右的複合粉體，在8-12GHz波段的吸收達3-15dB。
權利要求
1一種介電/磁性複合吸波粉體的製備方法，其特徵在於，包括以下步驟(1)磁性粉體的製備採用蔗糖-硝酸鹽技術製備磁性粉體材料，將含鐵氧體組分的硝酸鹽的水溶液和蔗糖溶液混合，原料中蔗糖與總金屬離子的摩爾比＝2.0，加熱得到鐵氧體的前驅體，然後處理該前驅體得到磁性粉體；(2)磁性粉體的表面處理按磁性相/(磁性相+介電相)＝65-95％的配比取上面的磁性粉體，加入有機溶液中，保證粉體全部被液體淹沒，攪拌後倒出液體，得到含有氨基官能團的磁性粉體備用；(3)原位沉積介電/磁性複合材料將上面處理過的磁性粉體分散在水溶液中，對於無機介電材料的沉積，在機械攪拌條件下，加入要沉積的無機前驅體到上述含磁性粉體的溶液中，用鹼或酸調節溶液的pH，然後移入恆溫水浴，沉積；對於聚合物介電材料的沉積，將含磁性粉體燒杯移入冰水混合浴中，加入單體，連續攪拌下，緩慢滴加使單體聚合的氧化劑；(4)將上述反應完成後的容器從冰浴或水浴中取出，抽濾，先用大量去離子水洗數次，再用乙醇或丙酮清洗，直到濾液無色或用稀硝酸銀檢測無沉澱為止，最後將溼粉體乾燥，得到介電/磁性的複合粉體。
2.根據權利要求1所述的介電/磁性複合吸波粉體的製備方法，其特徵是，步驟(1)中，所述的含鐵氧體組分的硝酸鹽，是指硝酸鐵、硝酸鋇、硝酸鍶中的一種或者一種以上。
3.根據權利要求1所述的介電/磁性複合吸波粉體的製備方法，其特徵是，步驟(2)中，所述的有機溶液的濃度為0.1-3.0vol％，攪拌時間1-3小時。
4.根據權利要求1或者3所述的介電/磁性複合吸波粉體的製備方法，其特徵是，步驟(2)中，所述的有機溶液是聚酯亞胺、聚乙烯亞胺、聚丙烯亞胺的一種或一種以上。
5.根據權利要求1所述的介電/磁性複合吸波粉體的製備方法，其特徵是，步驟(3)中，所述的磁性粉體分散，採用超聲分散，時間5-15分鐘。
6.根據權利要求1或者5所述的介電/磁性複合吸波粉體的製備方法，其特徵是，步驟(3)中，所述的無機介電材料的沉積，用鹼或酸調節溶液的pH到8-10，然後移入95℃恆溫水浴，沉積1-5小時。
7.根據權利要求1或者5所述的介電/磁性複合吸波粉體的製備方法，其特徵是，步驟(3)中，所述的聚合物介電材料的沉積，將含磁性粉體燒杯移入冰水混合浴中，維持0-10℃，加入單體，連續攪拌下，緩慢滴加使單體聚合的氧化劑，反應8-20小時。
8.根據權利要求1所述的介電/磁性複合吸波粉體的製備方法，其特徵是，步驟(4)中，所述的將溼粉體乾燥，是指將溼粉體在80℃的真空乾燥箱中乾燥24小時。
9.根據權利要求1所述的介電/磁性複合吸波粉體的製備方法，其特徵是，所述的磁性相是指氧化物磁性材料，包括尖晶石型鐵氧體、磁鉛石型鐵氧體、石榴石型鐵氧體中的一種。
10.根據權利要求1所述的介電/磁性複合吸波粉體的製備方法，其特徵是，所述的介電相是有機高聚物，或是無機介電材料。
全文摘要
一種複合材料技術領域的介電/鐵磁複合吸波粉體的製備方法。步驟為(1)磁性粉體的製備將含鐵氧體組分的硝酸鹽的水溶液和蔗糖溶液混合，加熱得到鐵氧體的前驅體，然後處理該前驅體得到磁性粉體；(2)磁性粉體的表面處理取上面的磁性粉體加入有機溶液中，攪拌後倒出液體，得到含有氨基官能團的磁性粉體備用；(3)原位沉積介電/磁性複合材料；(4)將上述反應完成後的容器從冰浴或水浴中取出，抽濾，先用大量去離子水洗數次，再用乙醇或丙酮清洗，直到濾液無色或用稀硝酸銀檢測無沉澱為止，最後將溼粉體乾燥，得到介電/磁性的複合粉體。本發明製備的複合粉體電磁參數可調控，組織結構均勻，增加了吸波機制。
文檔編號C08K3/22GK1807537SQ200510110998
公開日2006年7月26日 申請日期2005年12月1日 優先權日2005年12月1日
發明者胡克鰲, 唐欣, 田卿, 趙斌元 申請人:上海交通大學