本发明专利技术涉及一种磁性多孔钴空心球电磁波吸收材料及其制备方法与应用。所述多孔钴空心球材料是由单分散的外径为2-6微米多孔空心球组成，球壳的厚度为100-200nm，空心球由直径60-200nm的钴颗粒构成，颗粒间存在10-100nm的孔隙。制备方法包括：使用乙酸钴等前驱体、尿素等沉淀剂，聚乙烯醇、聚甲基丙烯酸甲酯或聚乙烯吡咯烷酮作为表面活性剂，溶于乙醇或甲醇溶剂中，反应制得氢氧化钴；将氢氧化钴与硼氢化钾在水或乙醇溶液中反应制得单分散多孔钴空心球。所得多孔钴空心球材料均匀性和分散性好，密度小，磁性强，具有良好电磁波吸收性能，用作电磁波吸收材料。
【技术实现步骤摘要】
磁性多孔钴空心球电磁波吸收材料及其制备方法与应用
本专利技术涉及到磁性多孔钴空心球电磁波吸收材料及其制备方法与应用，属于磁性和电磁波吸收材料
。
技术介绍
随着无线电通信技术和高频电路设备的快速发展，电磁波吸收材料作为有效减少电磁波干扰的手段，能够把电磁波转换成其他形式的能量而衰减掉。磁损失、介电损失和导电损失材料均可以用来作为电磁波吸收体，而磁损失材料成为当前研究的热点，因为从它可以制备出更薄的电磁波吸收体，为进一步满足应用的需求，现阶段的研究致力于开发高频率、宽频带、强吸收、低密度的电磁波吸收材料。对于磁性电磁波吸收材料，材料的磁导率和介电常数决定了它的吸收性能。作为传统的磁性电磁波吸收材料，铁氧体具有强磁性和低导电率，例如=NixZrvxFe2C^MgxZrvxFe2O4等已经得到人们广泛的研究和关注。但由于材料本身的Snoek局限性，铁氧体适用于MHz频率范围。在高频率的GHz范围内，由于磁导率急剧减小，铁氧体在高频率范围中的吸收性能大大降低，导致其吸收层的厚度增加，难以满足GHz范围的应用要求。然而金属磁体具有很高的饱和磁化率，它的Snoek局限性在很高的频率范围，即使在高频的 范围中它的磁导率还能保持很高。钴作为一种重要的金属磁性材料，具有较高的饱和磁化强度和较大的磁各向异性值，使其在高频GHz波段实现优异的电磁波吸收成为可能。研究显示，电磁波吸收强度、吸收频率、吸收层厚度及吸收频带宽度与钴的微观结构有密切的关系。例如:(I)质量分数为60%的花状钴粒子与石蜡的复合材料在2-18GHZ频率范围内具有电磁波吸收，但吸收强度较弱，当吸收层厚度为2mm时，其最大的吸收强度仅为-13.6dB(分贝)，参见 J.Phys.Chem.C，2010，114，14826-14830。其吸收强度弱的主要原因在于钴的花状结构是由尺寸为1-5微米的实心钴颗粒组成，而花状结构的分散性较差，互相粘结而形成更大尺寸的团聚体。由于金属钴是电的良导体，大尺寸的团聚体在电磁波环境中涡流损失较大，减弱了其电磁吸收；(2)质量分数为20%的钴纳米链状结构与石蜡的复合材料在12-18GHZ频率范围内具有电磁波吸收，但吸收强度较弱，当吸收层厚度为3mm时，其在17.5GHz的最大吸收强度仅为_17dB(分贝)，参见Appl.Phys.Lett.，2009，95，163108，主要归因于钴纳米颗粒形成链状结构，使得材料分散度低，在石蜡复合材料中相互交联形成导电的网络，在电磁波环境中产生较大的涡流损失，降低了磁导率，导致材料的电磁波吸收强度较弱。
技术实现思路
针对现有技术中钴电磁波吸收材料存在的不足，本专利技术提供一种磁性多孔钴空心球电磁波吸收材料及其制备方法与应用。专利技术概述本专利技术采用无模板法合成多孔钴空心球，本专利技术制得的多孔钴空心球具有饱和磁化率高，矫顽力大，电磁波吸收强度高，吸收覆盖频率范围宽，吸收层厚度薄，轻质，制备工艺简单以及成本低等特点。术语说明:空心球的尺寸，是指空心球的外径。专利技术详述本专利技术的技术方案如下:一种磁性多孔钴空心球电磁波吸收材料，采用无模板合成法，通过化学还原制得；该多孔钴空心球的外径为2-6微米，球壳的厚度为100-200nm ;该多孔钴空心球由直径为60-200nm的颗粒组成，颗粒间存在尺寸为IO-1OOnm的孔隙。该磁性多孔钴空心球具有单分散的特点。根据本专利技术，优选的，多孔钴空心球的外径为2-3微米，球壳的厚度为100-150nm。根据本专利技术，优选的，多孔钴空心球由直径为60_150nm的颗粒组成，颗粒间存在尺寸为10-50nm的孔隙。根据本专利技术，所述多孔钴空心球电磁波吸收材料的制备方法，包括步骤如下:第一步、以氯化钴、硝酸钴、乙酸钴之一或组合作为合成氢氧化钴的前驱体，乙二胺(EDA)、醋酸铵(NH4Ac)、尿素(CO(NH2)2)之一或组合作为沉淀剂，聚乙烯醇(PVA)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)之一或组合作为表面活性剂；将上述前驱体、沉淀剂、表面活性剂按质量比(2 — 4): (1- 1.5): (1.5 - 2.5)溶于乙醇或甲醇溶剂中，于100-400°C反应2-30小时，制得氢氧化钴；第二步、将氢氧化钴、硼氢化钾按质量比(0.1-1):1，在去离子水或乙醇溶液中于100-250°C反应10-40小时，制得单分散多孔钴空心球。根据本专利技术，优选的，第一步反应温度为200_270°C。根据本专利技术，优选的，第一步反应时间为5-15小时。根据本专利技术，优选的，第一步反应中前驱体、沉淀剂、表面活性剂的质量比(2 -2.5): (I — 1.3): (1.8 — 2.2)，最优选的前驱体、沉淀剂、表面活性剂的质量比为2:1:2。本专利技术的第一步反应中，溶剂乙醇或甲醇的用量不必特别限定，以常规溶解量为宜。聚乙烯醇(PVA)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)表面活性剂兼作分散剂。根据本专利技术，优选的，第二步反应温度为150_220°C。根据本专利技术，优选的，第二步反应时间为15-38小时。根据本专利技术，第二步合成钴的过程中，将硼氢化钾(KBH4)作为还原剂将氢氧化钴还原为钴。优选的，氢氧化钴、硼氢化钾的质量比为(0.25-0.5):1。本专利技术第二步反应中，溶剂去离子水或乙醇的用量不必特别限定，以常规溶解量为宜。本专利技术中的前驱体原料优选为:氯化钴六水合物(CoCl2.6H20)、硝酸钴六水合物(Co (NO3)2.6H20)、乙酸钴四水合物(Co(CH3COO)2.4H20)。根据本专利技术，进一步优选的，多孔钴空心球电磁波吸收材料的制备方法，步骤如下:(I)将乙酸钴四水合物(Co(CH3COO)2.4H20)、尿素、聚乙烯吡咯烷酮按质量比为2:1:2，溶入IOOmL甲醇溶剂中，于250°C反应12小时，制得氢氧化钴；(2)取0.5g氢氧化钴和Ig硼氢化钾，溶入IOOmL水中160°C反应36小时，制得多孔钴空心球电磁波吸收材料。多孔钴空心球尺寸为2-3微米，球壳的厚度为100-150nm。空心球由直径为60-150nm的颗粒组成，颗粒间存在尺寸为10_50nm的孔隙。本专利技术原理如下:在反应体系中尿素与前驱体，如四水合乙酸钴(Co(CH3COO)2.4Η20)的结晶水发生水解，水解产生的0Η_离子与Co2+反应生成氢氧化钴沉淀，形貌为片与片堆叠形成的2-6微米的毛线球状粒子，所述的表面活性剂PVP可以起到控制颗粒尺寸和减少团聚的作用。然后，硼氢化钾溶液作为还原剂先将粒子表面的氢氧化钴还原成钴，形成钴纳米颗粒，随反应温度升高、时间延长，钴纳米颗粒结晶长大，堆积在一起形成多孔空心球状结构。孔结构的形成主要由于氢氧化钴还原成钴过程中氧和氢原子留下空位，以及钴纳米颗粒长大、团聚以降低纳米颗粒的高表面能而形成的空隙。空心结构是通过奥斯特瓦尔德熟化机理产生的，还原过程中微球内部的氢氧化钴不断向外部扩散，被还原成钴后沉积在微球的外层，还原反应完成后，微球内部的氢氧化钴被消耗光就形成了空心钴球。本专利技术的多孔钴空心球具有很高的饱和磁化率(163emu/g)，大的矫顽力H。」(可达307.90e),即使在高频GHz范围它还能保持很高的磁导率，是制备薄的电磁波吸收层的优选材料本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种单分散的磁性多孔钴空心球电磁波吸收材料，采用无模板合成法，通过化学还原制得；该多孔钴空心球的外径为2?6微米，球壳的厚度为100?200nm；该多孔钴空心球由直径为60?200nm的颗粒组成，颗粒间存在尺寸为10?100nm的孔隙。
【技术特征摘要】
1.一种单分散的磁性多孔钴空心球电磁波吸收材料，采用无模板合成法，通过化学还原制得；该多孔钴空心球的外径为2-6微米，球壳的厚度为100-200nm ;该多孔钴空心球由直径为60-200nm的颗粒组成，颗粒间存在尺寸为IO-1OOnm的孔隙。2.如权利要求1所述的磁性多孔钴空心球电磁波吸收材料，其特征在于所述多孔钴空心球的外径为2-3微米，球壳的厚度为100-150nm。3.如权利要求1所述的磁性多孔钴空心球电磁波吸收材料,其特征在于多孔钴空心球由直径为60-150nm的颗粒组成，颗粒间存在尺寸为10_50nm的孔隙。4.权利要求1-3任一项所述的多孔钴空心球电磁波吸收材料的制备方法，包括步骤如下: 第一步、以氯化钴、硝酸钴、乙酸钴之一或组合作为合成氢氧化钴的前驱体，乙二胺(EDA)、醋酸铵(NH4Ac)、尿素(CO(NH2)2)之一或组合作为沉淀剂，聚乙烯醇(PVA)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)之一或组合作为表面活性剂； 将上述前驱体、沉淀剂、表面活性剂按质量比(2 — 4): (1- 1.5): (1.5 — 2.5)溶于乙醇或甲醇溶剂中，于100-400°C反应2-30小时，制得氢氧化钴； 第二步、将氢氧化钴、硼氢化钾按质量比(0.1-1):1，在去离子水或乙醇...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘久荣，刘伟，何翠竹，邱松，王新震，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：
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