一种中空纤维状钡铁氧体及其制备方法技术

本发明专利技术公开了复合材料领域，具体涉及一种中空纤维状钡铁氧体及其制备方法，包括三个步骤，第一步将聚乙烯吡咯烷酮溶于极性溶剂中，搅拌至完全溶解，按比例加入可溶性钡盐、可溶性铁盐和柠檬酸制得纺丝前驱体溶胶；第二步，将纺丝前驱体溶胶通过注射装置挤出，并在出口处设置空气源气流，将纺丝前驱体溶胶吹成纺丝状收集得到钡铁氧体前驱体纤维海绵；第三步，加热灼烧钡铁氧体前驱体纤维海绵，至充分烧结，自然冷却后获得中空纤维状钡铁氧体。本发明专利技术合成的中空钡铁氧体，实现了晶粒构型和宏观的中空结构的调节，其吸波体系的阻抗匹配性能以及电磁波衰减特性较好，可用于高密度垂直磁记录材料、微波器件、吸波材料等领域。吸波材料等领域。吸波材料等领域。

【技术实现步骤摘要】
一种中空纤维状钡铁氧体及其制备方法


[0001]本专利技术涉及一种复合材料领域，特别涉及一种中空纤维状钡铁氧体及其制备方法。

技术介绍

[0002]近年来，伴随着现代电磁技术的发展，先进电子通讯技术、智能传感器件发展迅速，其中辐射出的电磁波的潜在危害日益突出，因此电磁吸波材料的研究，已成为材料科学领域关注的焦点。为了满足吸波材料多频段的吸波要求，通过建立吸波材料的三维多孔网络结构，并借助其介电损耗和磁损耗的协同作用，实现电磁波辐射的最大化衰减。
[0003]其中磁性吸波剂钡铁氧体(BaFe12O19)具有高的居里温度、磁饱和强度和矫顽力，同时单轴磁晶各向异性大，物理化学性质稳定，与电磁波具有相对较好的阻抗匹配性，受到广泛研究。虽然表面磁性粒子修饰以及多维度吸波结构设计，大大提高了吸波体系的电磁吸收能力，然而非磁性导电填料和单一的磁性颗粒的引入使这些吸波体系表现为介电损耗为主的吸收特点。由于缺乏对磁性材料本征性能和结构的优化，使得传统方式制备的磁性材料粒子尺寸过大、矫顽力偏小，难以产生显著的磁损耗能力。
[0004]目前的现有技术中国专利：一种钡铁氧体/碳纳米管/聚3
‑
甲基噻吩复合吸波材料的制备方法（公告号：CN102964571B）公开了以Ba(NO3)2•
6H2O、Fe(NO3)3•
9H2O为原料采用溶胶
‑
凝胶自蔓延燃烧法制备出钡铁氧体，然后以该钡铁氧体、管径20～30nm多壁碳纳米管、3
‑
甲基噻吩单体为原料采用原位聚合法制备出钡铁氧体/碳纳米管/聚3
‑
甲基噻吩复合吸波材料。该方法需三步制备，过程繁琐，而且简单的共混研磨方式没有实现对晶体结构和宏观结构的调节，同时难以保证复合材料的结构稳定性。中国专利：一种钡铁氧体
‑
Al2O3负载多孔SiC的聚苯胺吸波涂料及其制法（公告号：CN112048239 A）公开了通过多次煅烧步骤，实现多种中间体的制备，包含：多孔纳米SiC空心微球制备、SiC空心微球负载纳米Al2O3制备、镧掺杂的钡铁氧体
‑
SiC空心微球负载纳米Al2O3制备以及改性钡铁氧体
‑
Al2O3‑
SiC复合材料制备，最终实现钡铁氧体
‑
Al2O3负载多孔SiC的聚苯胺吸波涂料，制备过程相当繁琐。虽然多步制备方式实现了复合材料宏观结构的设计，但是导电聚合物的添加使得体系呈现以介电损耗为主的吸波机制，未能实现对磁损耗机理的深入探索。文献(J. Magn. Magn. Mater. 2016, 412, 55
‑
62)公开一种同轴静电纺丝法制备低矫顽力钡铁氧体中空纤维的研究，其以麻油为芯层前驱体溶液，以Ba(NO3)2、Fe(NO3)3•
9H2O为外层前驱体溶液，同轴纺丝制备出核壳结构的纤维，经煅烧后去除芯层得到中空纤维结构。然而从纤维微观形貌观察到未出现中空结构和不均匀的中空结构，使得钡铁氧体(BaFe
12
O
19
)中空纤维的磁性能难以利用结构上的优势，来充分发挥多磁畴铁氧体的特点。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种制备方法简单，对晶体结构和宏观结构进行优化的中空纤维状钡铁氧体及其制备方法，通过对钡铁氧体(BaFe
12
O
19
)磁性颗粒进行尺度和维度上
的结构设计（包括晶体构型和宏观结构），从而改变其晶格参数、引入特殊的磁畴结构和新的损耗机制，实现磁损耗能力的有效发挥和电磁波的有效衰减，满足吸波体系“薄、轻、宽、强”的效果。
[0006]为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供了以下技术方案：一种中空纤维状钡铁氧体的制备方法，包括以下步骤：S1：向极性溶剂中加入10%
‑
25%的聚乙烯吡咯烷酮，搅拌4
‑
6h，至聚乙烯吡咯烷酮完全溶解，再按摩尔比Ba
2+
：Fe
3+
：柠檬酸为1：10
‑
14：12
‑
18的比例加入可溶性钡盐、可溶性铁盐和柠檬酸，至聚乙烯吡咯烷酮含量约为8%
‑
10%，搅拌3
‑
6h至完全溶解得到纺丝前驱体溶胶；S2：将上述溶胶装入的注射装置中，注射装置液体出口口径0.1
‑
2mm，纺丝前驱体溶胶挤出速率0.01
‑
0.1 ml/min，在液体出口处施加0.1
‑
0.3 MPa压力的空气源气流，收集纺丝得到钡铁氧体前驱体纤维海绵；S3：将上述钡铁氧体前驱体纤维海绵在75
‑
85℃下干燥0.5
‑
1.5h，以5~15 ℃/min的升温速率加热到500
‑
1100 ℃并保温3
‑
6h，自然冷却，即得中空纤维状钡铁氧体。
[0007]聚乙烯吡咯烷酮(polyvinyl pyrrolidone，PVP)，是一种非离子型高分子化合物，将PVP溶解至极性溶液中，再加入可溶性钡盐、可溶性铁盐和柠檬酸溶解制成溶胶，将溶胶从注射装置尖端挤出，并通过气流纺丝方法收集钡铁氧体前驱体纤维海绵，气流纺丝方法是指：在一定压力的空气源气流作用下，进行气流纺丝，通过调节空气源压力、推注速度和接收装置的距离，实现钡铁氧体(BaFe
12
O
19
)前驱体纤维海绵的调节与收集，通过加热装置进行加热灼烧，获得中空纤维状钡铁氧体。
[0008]优选的，Ba
2+
、Fe
3+
和柠檬酸的摩尔比为1：12：15。
[0009]通过对原料成分配比的调节，使钡铁氧体的效率更高，残留未反应杂质成分更少。
[0010]优选地，步骤S1中聚乙烯吡咯烷酮(PVP)包括K88
‑
96、K30的一种或多种。
[0011]PVP为纺丝助剂，粘结性较好，具有增容和凝聚作用，不同分子量的PVP具有不同的溶解度，有利于实现对中空结构的调节，其中：聚乙烯吡咯烷酮（PVP K88
‑
96）是一种白色至淡棕黄色易流动无定形粉末，无异臭，广泛作为增稠剂、乳化剂、润滑剂和澄清剂使用，也作为消毒灭菌剂PVP
‑
I的络合体；聚乙烯吡咯烷酮(PVP K30)是一种白色粉末，有微臭，具有较强的吸湿性，易溶于水、乙醇、乙醚等有机溶剂，具有很强的络合吸附能力。
[0012]优选的，步骤S1中极性溶剂包括N,N
‑
二甲基甲酰胺(DMF)、四氢呋喃、二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、N
‑
甲基吡咯烷酮和乙醇的一种或多种。
[0013]N,N
‑
二甲基甲酰胺(DMF)、四氢呋喃、二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、N
‑
甲基吡咯烷酮和乙醇具有良好的溶解性和较好的挥发性，有利于纺丝纤维成型。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种中空纤维状钡铁氧体的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：向极性溶剂中加入10%
‑
25%的聚乙烯吡咯烷酮，搅拌4
‑
6h，至聚乙烯吡咯烷酮完全溶解，再按摩尔比Ba2+：Fe3+：柠檬酸为1：10
‑
14：12
‑
18的比例加入可溶性钡盐、可溶性铁盐和柠檬酸，至聚乙烯吡咯烷酮含量为8%
‑
10%，搅拌3
‑
6h至完全溶解得到纺丝前驱体溶胶；S2：将上述纺丝前驱体溶胶装入到注射装置中，注射装置的出口口径为0.1
‑
2mm，纺丝前驱体溶胶挤出速率为0.01
‑
0.1ml/min，在出口处施加0.1
‑
0.3 MPa压力的空气源气流，收集纺丝得到钡铁氧体前驱体纤维海绵；S3：将上述钡铁氧体前驱体纤维海绵在75
‑
85℃下干燥0.5
‑
1.5h，以5~15 ℃/min的升温速率加热到500~1100 ℃并保温3
‑
6h，自然冷却，即得中空纤维状钡铁氧体。2.如权利要求1所述的一种中空纤维状钡铁氧体的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中聚乙烯吡咯烷酮包括K88
‑
...

【专利技术属性】
技术研发人员：王跃毅，李南，鄢定祥，竺御，李忠明，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：