本发明专利技术涉及一种碳纳米材料及其制备方法。本发明专利技术采用生物模板技术，以生物铁蛋白为原料，使铁蛋白溶解为一定浓度的胶状溶液，分别采用脱除或直接使用或添加部分铁含量物质，真空冷冻干燥，真空或保护气氛烧结，制得α－Ｆｅ粒径３～１０ｎｍ的纳米复合α－Ｆｅ。本发明专利技术方法具有工艺简单，操作方便，通过控制铁蛋白中铁的含量，可以控制所制备的纳米复合α－Ｆｅ的尺寸的特点。制备的纳米复合α－Ｆｅ，由于蛋白球壳包裹在单个纳米微粒表面，在一定温度下，蛋白球壳炭化，形成厚为１ｎｍ左右的均匀碳膜壳，有利于纳米材料本身的稳定（如抗氧化、防腐蚀等）。该法制备的纳米复合α－Ｆｅ主要用作雷达波吸收剂，吸波涂层及吸波材料，具有吸波性能强、重量轻、材料稳定性好等优良特性。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及碳纳米材料及其用生物模板技术制备碳纳米材料的方法，尤其 是以生物铁蛋白为原料，制备的碳包覆纳米金属材料及其制备方法。
技术介绍
纳米a—Fe作为一种重要的纳米磁性材料，其在光、热、电、磁，表面活 性等方面显示出与粗粒材料不同的许多奇异特性，将其用于吸波材料，由于尺寸 小、比表面积大，因而其颗粒表面原子比例高，悬挂的化学键多，界面极化增大， 高的比表面积造成多重散射，使电磁波易于被吸收；另一方面，量子尺寸效应的 存在使得纳米a—Fe粒子的电子能级分裂，分裂的能级间隔正好处于微波的能 量范围(1(T 10—4eV)，这为纳米a—Fe的吸波创造了新的吸波通道，增强了吸 波性能。将纳米a—Fe包裹在纳米碳壳中成为纳米复合a—Fe,不但保持了纳 米a—Fe原有特性，还减轻了纳米磁性材料非常严重的团聚现象，同时碳壳本 身也是一种电损耗型吸波材料，有利于进一步增强材料的吸波性能，而且因为碳 壳的保护，纳米复合a—Fe的抗氧化、抗腐蚀性能大为提高。生物模板技术是利用生物铁蛋白为模板的制备纳米材料技术。铁蛋白 (ferritin)球体存在于哺乳动物、植物及某些细菌中。铁蛋白分子结构由蛋白 壳和铁核组成，单个蛋白球体的外径为12mn，内有一直径为8nm的腔体；蛋白 壳有一定的弹性，在弹性限度内，可以适当扩张腔体的内径；该内腔通过16个 分布在球壳上的，直径为0.5nm的孔径道与外界相通，铁离子通过孔径道进出蛋 白腔体中。用生物模板技术制备纳米复合a—Fe的方法，目前在国内外未见报道。中 国专利CN1554727A公开了一种以生物材料淀粉为基质制备碳包覆纳米a—Fe 的方法，其所得碳包覆纳米粒子粒径在20 100nm之间，包覆碳层厚度在5 8nm 左右，如果用于吸波涂层，是无法达到本方法制备的纳米复合a—Fe如此小的 密度，也因此会加重吸波涂层的重量，不利于实际应用中对吸波涂层要"轻"的要求。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种用于吸波材料的纳米复合a —Fe及其的制备方法。本专利技术的技术方案是用生物模板技术，以生物铁蛋白为原料，使铁蛋白溶解 为一定浓度的胶状溶液，根据对产品尺寸的不同要求，分别采用脱除或直接使用或添加部分铁含量，再真空冷冻干燥，真空或保护气氛烧结，制得a—Fe粒径 3 10nm的纳米复合a —Fe。 制备方法1:(1) 将原铁蛋白溶解于去离子水中形成0.01g/ml 10g/ml铁蛋白胶状溶液。(2) 搅拌1 3小时，真空冷冻干燥，得到干燥样品。(3) 将干燥样品真空或保护气氛烧结，烧结温度为40(TC 90(TC，时间l 5小时，制得纳米复合a—Fe。制备方法2:(1) 将原铁蛋白溶解于去离子水中形成0.01g/ml 10g/ml铁蛋白胶状溶液。(2) 加入醋酸和醋酸钠的缓冲溶液将铁蛋白胶状溶液PH值控制在4.0 8.0 范围，加入0.05 lmol/L的除铁剂，降低蛋白腔体中的铁浓度，得到铁原子摩 尔数与铁蛋白摩尔数之比小于100的胶状铁蛋白溶液。(3) 搅拌1 3小时，真空冷冻干燥。(4) 真空或保护气氛烧结，烧结温度为400'C 90(TC，时间1 5小时， 制得粒径"nm的纳米复合a —Fe。除铁剂是连二亚硫酸钠、巯基乙酸、NADH(还原型烟酰胺腺漂呤二核苷酸)、 FMN(还原型黄素单核苷酸)等物质中的任何一种。 制备方法3:(1) 将原铁蛋白溶解于去离子水中形成0.01g/ml 10g/ml铁蛋白胶状溶液。(2) 加入三羟甲基氨基甲烷和盐酸的缓冲溶液将铁蛋白胶状溶液PH值控制在8.0 10.0范围内，加入0.05 lmol/L的含铁物质，使铁离子进入铁蛋白腔 体中，得到铁原子摩尔数与铁蛋白摩尔数之比大于1400的铁蛋白溶液。(3) 搅拌1 3小时，真空冷冻干燥。(4) 真空或保护气氛烧结，烧结温度为400'C 90(TC，时间1 5小时， 制得粒径〉7nm的纳米复合a—Fe。含铁物质是氯化亚铁、硫酸亚铁、硝酸铁、醋酸亚铁、草酸铁、柠檬酸铁、 氯化铁、硫酸铁等物质中的任何一种。上述三种方法中，铁蛋白是一种存在于哺乳动物、植物及某些细菌中的蛋白 球体，保护气氛是高纯氮气、高纯氩气、氢气和氮气混合气中的一种。本专利技术的方法具有制备工艺简单，操作方便，易于控制，通过控制铁蛋白中 铁的含量，可以控制所制备的纳米复合a—Fe的尺寸的特点。制备的纳米复合 a—Fe，具有比重小(约2.0kg/m3)， a—Fe粒径3 10nm,由于蛋白球壳包裹 在单个纳米微粒表面，在一定温度下，蛋白球壳炭化，形成厚为l 2nm左右的 均匀碳壳，有利于纳米材料本身的稳定(如抗氧化、防腐蚀等)。 附图说明图1是本专利技术实施例1工艺制得的纳米复合a —Fe微粒的透射电镜照片。 图2是本专利技术实施例1工艺制得的纳米复合a —Fe微粒的XRD谱图。 图3是本专利技术实施例5工艺制得的纳米复合a —Fe微粒制备的1.6mm阻抗 匹配板反射率图。从图l照片中可见，铁核直径在5 7nm，碳壳约1 2nm包覆在铁核上。 从图2看出谱线中只存在a-Fe及Fe3P衍射峰，且a-Fe峰很高，未见C衍射峰。可见纳米复合核壳结构中核心主要由a-Fe构成，同时含少量Fe3P晶体,这是由铁蛋白的成分决定的。具体实施方式 实施例1将lg铁蛋白粉溶解在20ml去离子水中，配成铁蛋白溶液，得到铁蛋白溶液， 搅拌1小时，放置在不锈钢容器中进行真空冷冻干燥。干燥后的样品在60(TC下 真空烧结3小时，得到纳米复合a—Fe微粒。所得样品测定比重为1. 967g/cm3。实施例2将1.2g铁蛋白粉溶解在30ml去离子水中，配成铁蛋白溶液，加入醋酸和醋 酸钠的缓冲溶液将铁蛋白胶状溶液PH值控制在4.0 8.0范围，加入4g的连二 亚硫酸钠，反应20小时，得到低铁蛋白溶液搅拌1小时，放置在不锈钢容器中 进行真空冷冻干燥，干燥后的样品在70(TC下高纯氮气保护下烧结3小时，得到 纳米复合a—Fe微粒。实施例3将2.4g铁蛋白粉溶解在30ml去离子水中，配成铁蛋白溶液，加入三羟甲基 氨基甲烷和盐酸的缓冲溶液将铁蛋白胶状溶液PH值控制在8.0 10.0范围内， 加入0.2mol/l醋酸亚铁20ml，两种溶液混合后反应2小时，得到高铁蛋白溶液 搅拌1小时，放置在不锈钢容器中进行真空冷冻干燥，干燥后的样品在50(TC下 氢气和氮气保护下烧结1小时，得到纳米复合a —Fe微粒。实施例4将1.5g铁蛋白粉溶解在5ml去离子水中，配成铁蛋白溶液，搅拌1小时， 放置在不锈钢容器中进行真空冷冻干燥，干燥后的样品在60(TC下高纯氮气保护 下烧结1小时，得到纳米复合a—Fe微粒。实施例5将100g铁蛋白粉溶解在2000ml去离子水中，配成铁蛋白溶液，搅拌3小时， 放置在不锈钢容器中进行真空冷冻干燥，干燥后的样品在650'C下真空下烧结3 小时，得到纳米复合a—Fe微粒。应用实施例5所制备的纳米复合a —Fe微粒制作180X 180mm吸波涂层板。 使用环氧树脂与固化剂重量比例3 : 1配成粘结剂，纳米复合a—Fe粉末与粘结 剂充分混合涂覆在长宽厚为180mmX180mmX6mm平直铝板上，根据阻抗匹配 原理，从铝板表面向外涂覆5层，每一层纳米复合a—Fe粉末所占比例分别为 60%本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于吸波材料的纳米复合α－Ｆｅ，壳核结构，其特征在于：纳米α－Ｆｅ外层被球型纳米碳壳包裹，α－Ｆｅ粒径３～１０ｎｍ，碳壳厚１～２ｎｍ，纳米复合α－Ｆｅ的密度在１．９０～２．１０ｋｇ／ｍ↑［３］。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：李正南，陈坚，谢美求，张胜广，
申请(专利权)人：长沙矿冶研究院，
类型：发明
国别省市：43[中国|湖南]
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