一种低频高吸收复合吸波材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及吸波材料领域，具体为一种低频高吸收复合吸波材料及其制备方法。本发明专利技术通过改性，分别在碳纳米管与片状羰基铁粉表面引入羧基与羟基，再通过水热方法诱导锰锌铁氧体在碳纳米管与羰基铁粉表面定向聚集生长，进而连接碳纳米管和羰基铁粉，形成一种三元的复合材料，分子结构式为CIPs

【技术实现步骤摘要】
一种低频高吸收复合吸波材料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及吸波材料领域，具体为一种低频高吸收复合吸波材料及其制备方法，分子结构式为CIPs
‑
Mn
0.8
Zn
0.2
Fe2O4‑
CNTs。

技术介绍

[0002]电子设备和通信技术的飞速发展，其电磁辐射通过热效应、累积效应对人体造成直接或间接的伤害，电磁污染影响日益增大。与此同时，低频雷达在军事领域的应用，严重威胁到了飞行器的生存能力，迫切需要研制强吸收，薄厚度，轻质的低频段(0.5
‑
3GHz)高性能吸波材料。
[0003]根据四分之一波长匹配原理，拥有高介电与高磁导率的材料，在低频段容易以较薄的厚度与自由空间阻抗匹配，达到良好的吸波性能。羰基铁粉是一种常见的磁损耗型吸波材料，具有高的饱和磁化强度和较大的磁导率，广泛用于低频吸波材料设计。在设计材料时，通常将羰基铁粉片状化，能够有效突破Snoke极限来获得更高的磁导率。但与此同时，单一的羰基铁粉阻抗匹配较差，现有技术主要通过与其他氧化物材料复合，如SiO2、ZnO、TiO2等，来调节羰基铁粉介电常数与其高磁导率匹配，然而这些无磁材料的加入会降低羰基铁粉的磁性，从而影响了整体材料在低频段吸波性能。

技术实现思路

[0004]针对上述存在的问题或不足，为解决现有改性技术影响羰基铁粉磁性而导致低频吸波性能变差的问题，本专利技术提供了一种低频高吸收复合吸波材料及其制备方法，通过水热方法，让锰锌铁氧体在体系中生长时连接羰基铁粉与碳纳米管，形成一种三元的复合材料，分子结构式为CIPs
‑
Mn
0.8
Zn
0.2
Fe2O4‑
CNTs。所制备的复合吸波材料，一方面通过碳纳米管与羰基铁粉性能互补，获得高介电与高磁导率体系，另一方面铁氧体充当介质，连接整个体系，进一步调控介电的同时对磁性影响较小，使复合体系获得良好阻抗匹配，且在低频段具有良好的电磁吸波性能。
[0005]一种低频高吸收复合吸波材料，分子结构式为CIPs
‑
Mn
0.8
Zn
0.2
Fe2O4‑
CNTs，按质量百分比，包括下述原料组分：片状羰基铁粉90％
‑
95％，锰锌铁氧体5％
‑
10％，碳纳米管1％
‑
3％。通过改性，分别在碳纳米管与片状羰基铁粉表面引入羧基与羟基，采用水热法诱导锰锌铁氧体在碳纳米管与羰基铁粉表面定向聚集生长，进而连接碳纳米管和羰基铁粉。
[0006]上述低频高吸收复合吸波材料的制备方法，包括以下步骤：
[0007]步骤1、原料表面改性：
[0008]将片状羰基铁粉置于过量的PH值10
‑
12氢氧化钠溶液中，搅拌状态下，加热至60
‑
80℃并保温3
‑
5h处理，然后用无水乙醇洗涤，得到改性羰基铁粉；
[0009]将碳纳米管加入到柠檬酸溶液中分散均匀，得到混合液，将混合液置于干燥箱中干燥成糊状物，将糊状物于250℃
‑
300℃加热0.5
‑
1h，待柠檬酸在高温下完全分解，得到改性碳纳米管。
[0010]步骤2、配制混合体系：
[0011]将FeCl3、MnCl2和ZnCl2粉末按Fe
3+
:Mn
2+
:Zn
2+
摩尔比为0.7
‑
0.9:0.1
‑
0.3:1.5
‑
2加入到去离子水中，完全溶解得到混合盐溶液；
[0012]然后将步骤1所得改性羰基铁粉和改性碳纳米管加入到混合盐溶液中，超声分散30min以上，得到混合液；在搅拌状态的混合液中，滴加氢氧化钠溶液，调节混合液PH值，得到PH值10
‑
12的悬浊液。
[0013]步骤3、水热反应得到复合材料：
[0014]将步骤2所得悬浊液在160
‑
200℃，水热反应6
‑
12h；然后用去离子水和无水乙醇洗涤；最后用磁铁收集粉末，烘干，得到CIPs
‑
Mn
0.8
Zn
0.2
Fe2O4‑
CNTs复合材料。
[0015]进一步的，所述柠檬酸溶液为柠檬酸一水颗粒和去离子水配制而成的均匀溶液，柠檬酸一水颗粒与碳纳米管质量比为0.5
‑
1.5:1。
[0016]本专利技术采用矢量网络分析仪(VNA)测试复合材料电磁参数，并计算出回波损耗；用X射线衍射(XRD)表征材料组成成分；用扫描电子显微镜(SEM)表征材料微观形貌；用振动样品磁强计(VSM)表征样品磁性；用X射线光电子能谱(XPS)表征材料表面成分。
[0017]本专利技术的有益效果：
[0018]1.现有的制备方法中，常采用球磨法通过应力诱发多相化学反应，本专利技术用水热法合成，通过纳米锰锌铁氧体的生长连接碳纳米管与羰基铁粉形成复合材料，方法简单，可操作性强，复合材料体系细致均匀，稳定性高。
[0019]2.通过柠檬酸与氢氧化钠对原料进行改性，分别在碳纳米管与羰基铁粉表面引入羧基与羟基，这些官能团在水热反应的过程中为溶液中金属离子提供附着点位，带正电的金属离子可以容易地通过静电力吸附到这些带负电的官能团上，形成微小晶粒，诱导锰锌铁氧体在碳纳米管与羰基铁粉表面定向聚集生长，同时连接起碳纳米管和羰基铁粉，形成均匀、稳定的复合材料体系。
[0020]3.本专利技术通过纳米锰锌铁氧体连接碳纳米管与羰基铁粉，使高磁性的羰基铁粉与高介电的碳纳米管性能互补，铁氧体作为连接介质引入并进一步调控电磁参数，使得材料在低频段获得较好的阻抗匹配，同时多元材料复合引入的界面异质结，以及改性后形成的官能团等，为体系带来界面极化，偶极极化等多种介电损耗机制，而磁性的羰基铁粉与铁氧体则引入涡流损耗、铁磁共振等磁损耗机制，这些机制的协同作用，最终使材料低频段吸波性能获得很大程度的提升。
[0021]4.本专利技术制备的CIPs
‑
Mn
0.8
Zn
0.2
Fe2O4‑
CNTs复合材料具有良好的低频吸波性能，将所述CIPs
‑
Mn
0.8
Zn
0.2
Fe2O4‑
CNTs复合材料与石蜡以4:1的质量比混合均匀后，测试吸波性能，测试结果表明，在0.5
‑
3GHz，复合材料最大回波损耗低于
‑
30dB，最大损耗处匹配厚度不超过4mm。复合材料在低频段具有很大的应用潜力。
附图说明
[0022]图1为实施例和对比例样品的XRD图谱。
[0023]图2为实施例和对比例样品的SEM图谱。
[0024]图3为实施例3的XPS图谱。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种低频高吸收复合吸波材料，其特征在于：分子结构式为CIPs
‑
Mn
0.8
Zn
0.2
Fe2O4‑
CNTs，按质量百分比，包括下述原料组分：片状羰基铁粉90％
‑
95％，锰锌铁氧体5％
‑
10％，碳纳米管1％
‑
3％；通过改性，分别在碳纳米管与片状羰基铁粉表面引入羧基与羟基，采用水热法诱导锰锌铁氧体在碳纳米管与羰基铁粉表面定向聚集生长，进而连接碳纳米管和羰基铁粉。2.如权利要求1所述低频高吸收复合吸波材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、原料表面改性：将片状羰基铁粉置于过量的PH值10
‑
12氢氧化钠溶液中，搅拌状态下，加热至60
‑
80℃并保温3
‑
5h处理，然后用无水乙醇洗涤，得到改性羰基铁粉；将碳纳米管加入到柠檬酸溶液中分散均匀，得到混合液，将混合液置于干燥箱中干燥成糊状物，将糊状物于250℃
‑
300℃加热0.5
‑
1h，待柠檬酸在高温下完全分解，得到改性碳纳米管；步骤2、配制混合体系：...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈海燕，唐志鹏，陈豪男，张林博，尹良君，邓龙江，梁迪飞，谢建良，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：