一种中空四氧化三铁微球@聚苯胺/聚酰亚胺复合薄膜吸波材料及制备方法技术

本发明专利技术属于电磁波吸收材料制备领域，涉及一种中空四氧化三铁微球@聚苯胺/聚酰亚胺复合薄膜吸波材料及制备方法，包括如下操作步骤：(1)制备中空四氧化三铁微球；(2)制备聚苯胺包覆的中空四氧化三铁微球；(3)将聚苯胺包覆的中空四氧化三铁微球与聚酰胺酸溶液进行混合，经程序升温固化后，得到中空四氧化三铁微球@聚苯胺/聚酰亚胺复合薄膜吸波材料。该材料具有质量轻、厚度薄、吸收电磁波性能可控、适用于表面复杂物体的电磁屏蔽等优点，吸收性能更好。

【技术实现步骤摘要】
一种中空四氧化三铁微球@聚苯胺/聚酰亚胺复合薄膜吸波材料及制备方法
本专利技术属于电磁波吸收材料制备领域，特别涉及一种中空四氧化三铁微球@聚苯胺/聚酰亚胺复合薄膜吸波材料及制备方法。
技术介绍
聚酰亚胺具有优异的力学性能、化学稳定性和耐热性能，在航空航天、微电子领域有广泛的应用。而这些领域往往存在着电磁波污染的问题，因此，需要赋予聚酰亚胺薄膜或涂层材料以微波吸收的能力。由于传统的单一吸波材料的介电常数和磁导率往往不匹配，故难以满足阻抗匹配、厚度薄、质量轻、频带宽、吸收强的要求，近年来的研究主要是围绕复合型材料及其结构改性方面。四氧化三铁的复介电常数低而磁导率高，存在着阻抗不匹配、分散性差、易团聚等缺点；聚苯胺的复介电常数高而磁导率较低，阻抗匹配程度不高。
技术实现思路
本专利技术针对现有吸波材料存在的不足，提供一种中空四氧化三铁微球@聚苯胺/聚酰亚胺复合薄膜吸波材料及制备方法，制备的复合薄膜吸波材料具有吸波性能更好、兼具力学性能和环境稳定性，可作为柔性屏蔽材料用于可穿戴设备、便携设备等方面的电磁防护。一种中空四氧化三铁微球@聚苯胺/聚酰亚胺复合薄膜吸波材料制备方法，其特征在于，包括如下操作步骤：(1)在持续搅拌的条件下，将4～28ml的乙二胺逐滴加入到比例为0.04g/lml的FeCl3·6H2O/乙二醇溶液中；然后放入高压反应釜中，在150～200℃条件下反应6～16h；待自然冷却至室温后，得到中空四氧化三铁微球；将所得产物从溶剂中分离后，分别用乙醇和去离子水多次洗涤，并分散在水中保存；(2)将5～10ml苯胺加入中空四氧化三铁微球的水分散液中，保持0～4℃并持续搅拌；待混合均匀后，逐滴加入25～50ml浓度为0.2g/ml的(NH4)2S2O8水溶液，期间维持温度条件和搅拌速率不变，待滴加完毕后，持续搅拌12～24h，得到聚苯胺包覆的中空四氧化三铁微球；将所得产物分别经去离子水和乙醇洗涤多次后，60℃条件下真空干燥保存，得到聚苯胺包覆的中空四氧化三铁微球(中空四氧化三铁微球@聚苯胺)；(3)将上述中空四氧化三铁微球@聚苯胺与250ml的聚酰胺酸溶液混合，并充分搅拌使得分散均匀，然后流延成膜，再经程序升温固化，得到中空四氧化三铁微球@聚苯胺/聚酰亚胺复合薄膜吸波材料。进一步的，所述步骤(3)中，聚酰胺酸溶液的溶剂为N，N-二甲基甲酰胺，二甲基亚砜或N-甲基吡咯烷酮的一种或几种，固含量为10～25wt％。进一步的，所述步骤(1)中将14ml的乙二胺逐滴加入到比例为0.04g/1ml的FeCl3·6H2O/乙二醇溶液中；然后放入高压反应釜中，在180℃条件下反应12h；待自然冷却至室温后，得到中空四氧化三铁微球；将所得产物从溶剂中分离后，分别用乙醇和去离子水多次洗涤，并分散在水中保存。进一步的，所述步骤(2)将8ml苯胺加入中空四氧化三铁微球的水分散液中，保持0～4℃并持续搅拌；待混合均匀后，逐滴加入40ml浓度为0.2g/ml的(NH4)2S2O8水溶液，期间维持温度条件和搅拌速率不变，待滴加完毕后，持续搅拌18h，得到聚苯胺包覆的中空四氧化三铁微球；将所得产物分别经去离子水和乙醇洗涤多次后，60℃条件下真空干燥保存，得到中空四氧化三铁微球@聚苯胺。根据中空四氧化三铁微球@聚苯胺/聚酰亚胺复合薄膜吸波材料制备方法制备的复合薄膜吸波材料，所述中空四氧化三铁微球的平均内径为50～300nm，平均外径为130～500nm。进一步的，根据中空四氧化三铁微球@聚苯胺/聚酰亚胺复合薄膜吸波材料制备方法制备的复合薄膜吸波材料，所述中空四氧化三铁微球与聚苯胺的质量比为0.08～0.3∶1；中空四氧化三铁微球@聚苯胺与聚酰亚胺的质量比为1∶5～100。聚苯胺作为一种导电高分子，具有原料成本低、易于合成、环境稳定性高等优点，是一种磁导率高于复介电常数的吸波材料。将四氧化三铁和聚苯胺相结合，可以实现复介电常数和磁导率的可调匹配，从而达到宽频带、强吸收的目的。进一步地，将四氧化三铁的形貌控制为中空微球结构，并将聚苯胺包覆于中空的四氧化三铁微球的外表面，作为微电磁耗散单元，其异质相界面和多层结构，可以显著增加对入射电磁波的反射和折射次数，从而提高吸波性能，同时有效降低材料的质量。另一方面，聚苯胺分子链上与N原子相连的H原子和聚酰亚胺分子链中羰基上的O原子之间形成数目众多的氢键，使得聚苯胺与聚酰亚胺有良好的两相相容性。在聚苯胺质量分数为0～20wt％时，聚苯胺/聚酰亚胺复合薄膜具有良好的成膜性，且其力学和热学性能与纯聚酰亚胺薄膜相比没有明显降低。同时，聚苯胺还能起到分散中空四氧化三铁微球的作用，使后者在聚酰亚胺基体中有良好的分散性。因此，经过设计后的中空四氧化三铁微球@聚苯胺/聚酰亚胺复合薄膜材料具有良好吸波性能，兼具力学性能和环境稳定性，可作为柔性屏蔽材料用于可穿戴设备，便携设备等领域中的电磁防护。将四氧化三铁作为磁损耗源，聚苯胺作为介电损耗源，通过控制二者的比例，并进一步将四氧化三铁做成中空微球结构，再将聚苯胺包覆修饰于中空四氧化三铁之外，可以降低质量、大大增加异质界面的面积、提高对电磁波的多重反射和折射几率，提高四氧化三铁在聚酰亚胺中的分散情况。与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：(1)本专利技术综合了聚酰亚胺薄膜良好的耐高低温性能、力学性能、耐老化和可折叠等优点，在电磁波污染广泛存在的电子信息、军工航空等领域有重要的应用前景。(2)本专利技术选择中空四氧化三铁微球提供磁损耗，聚苯胺提供介电损耗，并且采用聚苯胺对中空四氧化三铁微球进行包覆的形式，有以下优点：a)通过聚苯胺的包覆，能够显著降低中空四氧化三铁微球的团聚；b)能够提高中空四氧化三铁微球@聚苯胺电磁耗散微元与聚酰亚胺基体的相容性，有效减少相分离现象；c)赋予复合材料电磁参数的可调控性；d)增加异质材料间的界面(电磁波路径：空气-Fe3O4-聚苯胺-聚酰亚胺-空气)，从而增加反射和折射几率，提高吸波性能。附图说明图1为实施例1制备的聚苯胺@中空四氧化三铁微球的透射电子显微照片；图2为实施例6制备的聚苯胺@中空四氧化三铁微球的透射电子显微照片；图3为实施例1～6制备的聚苯胺@中空四氧化三铁微球/聚酰亚胺复合薄膜材料在2～18GHz波段的反射损耗。具体实施方式一种中空四氧化三铁微球@聚苯胺/聚酰亚胺复合薄膜吸波材料制备方法，其特征在于，包括如下操作步骤：(1)将4～28ml的乙二胺逐滴加入到比例为0.04g/1ml的FeCl3·6H2O/乙二醇溶液中；维持搅拌，然后放入高压反应釜中，在150～200℃条件下反应6～16h；待自然冷却至室温后，得到中空四氧化三铁微球；将所得产物从溶剂中分离后，分别用乙醇和去离子水多次洗涤，并分散在水中保存；(2)在所制得的中空四氧化三铁微球的水分散液中，加入5～10ml苯胺，保持0～4℃并持续搅拌；待混合均匀后，逐滴加入浓度为0.2g/ml的(NH4)2S2O8水溶液，期间维持温度条件和搅拌速率不变，待滴加完毕后，持续搅拌12～24h，得到聚苯胺包覆的中空四氧化三铁微球；将所得产物分别经去离子水和乙醇洗涤多次后，60℃条件下真空干燥保存；(3)将上述中空四氧化三铁微球@聚苯胺与250ml的聚酰胺酸溶液混合，并充分搅拌使得分散均匀，然后流延成膜，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种中空四氧化三铁微球@聚苯胺/聚酰亚胺复合薄膜吸波材料制备方法，其特征在于，包括如下操作步骤：(1)在持续搅拌的条件下，将4～30ml的乙二胺逐滴加入到比例为0.04g/1ml的FeCl3·6H2O/乙二醇溶液中；然后放入高压反应釜中，在150～200℃条件下反应6～16h；待自然冷却至室温后，得到中空四氧化三铁微球；将所得产物从溶剂中分离后，分别用乙醇和去离子水多次洗涤，并分散在水中保存；(2)将5～10ml苯胺加入中空四氧化三铁微球的水分散液中，保持0～4℃并持续搅拌；待混合均匀后，逐滴加入25～50ml浓度为0.2g/ml的(NH4)2S2O8水溶液，期间维持温度条件和搅拌速率不变，待滴加完毕后，持续搅拌12～24h，得到聚苯胺包覆的中空四氧化三铁微球；将所得产物分别经去离子水和乙醇洗涤多次后，60℃条件下真空干燥保存，得到中空四氧化三铁微球@聚苯胺；(3)将上述中空四氧化三铁微球@聚苯胺与250ml的聚酰胺酸溶液混合，并充分搅拌使得分散均匀，然后流延成膜，再经程序升温固化，得到中空四氧化三铁微球@聚苯胺/聚酰亚胺复合薄膜吸波材料。

【技术特征摘要】
1.一种中空四氧化三铁微球@聚苯胺/聚酰亚胺复合薄膜吸波材料制备方法，其特征在于，包括如下操作步骤：(1)在持续搅拌的条件下，将4～30ml的乙二胺逐滴加入到比例为0.04g/1ml的FeCl3·6H2O/乙二醇溶液中；然后放入高压反应釜中，在150～200℃条件下反应6～16h；待自然冷却至室温后，得到中空四氧化三铁微球；将所得产物从溶剂中分离后，分别用乙醇和去离子水多次洗涤，并分散在水中保存；(2)将5～10ml苯胺加入中空四氧化三铁微球的水分散液中，保持0～4℃并持续搅拌；待混合均匀后，逐滴加入25～50ml浓度为0.2g/ml的(NH4)2S2O8水溶液，期间维持温度条件和搅拌速率不变，待滴加完毕后，持续搅拌12～24h，得到聚苯胺包覆的中空四氧化三铁微球；将所得产物分别经去离子水和乙醇洗涤多次后，60℃条件下真空干燥保存，得到中空四氧化三铁微球@聚苯胺；(3)将上述中空四氧化三铁微球@聚苯胺与250ml的聚酰胺酸溶液混合，并充分搅拌使得分散均匀，然后流延成膜，再经程序升温固化，得到中空四氧化三铁微球@聚苯胺/聚酰亚胺复合薄膜吸波材料。2.根据权利要求1所述的一种中空四氧化三铁微球@聚苯胺/聚酰亚胺复合薄膜吸波材料制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中，所述聚酰胺酸溶液的溶剂为N，N-二甲基甲酰胺，二甲基亚砜或N-甲基吡咯烷酮的一种或几种，固含量为10～25wt％。3.根据权利要求1所述的一种中空四氧化三铁微球@聚苯...

【专利技术属性】
技术研发人员：方芳，彭飞，詹自力，
申请(专利权)人：郑州大学，
类型：发明
国别省市：河南,41