專利名稱：一種吸收微波的復合材料及其制備方法
技術領域：
本發明涉及一種功能材料的制備方法及這種材料，確切的講本發明是一種具有微波吸收功能的復合材料的制備方法及這種材料。
背景技術：
隨著現代通訊科學技術的高速發展，極大的提高了人們的日常生活水平。同時，電磁干擾污染也隨著大量通訊器件、設備的廣泛應用而日趨嚴重，給人的日常生活和工作帶來很大的影響。因此，迫切的需要一種有效的微波吸收材料來解決這些問題。就目前來看， 微波吸收材料主要包括納米、手性、導電聚合物、多晶纖維吸收材料、席夫堿類吸收劑、等離子體隱身、耐高溫陶瓷吸波材料、多頻段吸波材料、智能型吸波材料等，參見《電磁波屏蔽及吸波材料》第六章作者劉順華，劉軍民，董星龍等。
納米材料由于其小尺寸效應、表面界面效應和量子效應的特征得到廣泛研究，同時由于納米尺寸的金屬材料能夠有效的抑制渦流損耗，可提高吸波材料的微波吸收性能， 因此納米金屬材料被認為是一種優良的微波吸收材料，參見文獻Aanotechnology 21， 095708(2010)。但晶態金屬磁性吸收體，因其抗腐蝕能力差且復數電導率過高不利于阻抗匹配，因此受到一些限制，通常是通過殼層結構或者復合材料來解決這些問題，參見文獻 Nanotechnology 22,045707(2011), Appl.Phys. Lett. 88,033105(2006), J. Phys. D :Appl. Phys. 43115001 0010)。而非晶態的金屬具有較高的抗腐蝕性和較小的復數電導率，可用來解決這些問題，參見文獻:Nature 353，414416 (1991)，PRB 48，1(1993)。發明內容
本發明提供一種可克服現有技術不足，特別是提供一種簡單方便可批量生產非晶納米顆粒和納米鏈的方法，其具有較高抗腐蝕性，復數電導率較小，而磁導率部分與晶態的納米材料相當，這樣更有利于阻抗匹配的具有微波吸收功能復合材料的制備方法及這種材料。
本發明的這種吸收微波的復合材料的制備方法是首先將硫酸亞鐵與檸檬酸三鈉在水中溶解并混合均勻，再在其中加入硼氫化鈉進行充分反應，然后分離出沉淀物，將沉淀物進行充分清洗后進行干燥處理得到非晶態鐵納米顆粒；再將所得到的非晶態納米顆粒與未固化的粘結材料進行充分混合后進行固化處理，得到所需要的吸收微波的復合材料，其中所用的粘結材料為石蠟或樹脂，如環氧樹脂或乙烯、丙烯等樹脂材料。
本發明的吸收微波的復合材料的制備方法在制備非晶態鐵納米顆粒時硫酸亞鐵與檸檬酸三鈉的比例為摩爾比為10 1，其中的硫酸亞鐵以含7個結晶水的硫酸亞鐵計； 進行反應時加入的硼氫化鈉量與鐵離子摩爾比為2 1 ；非晶態鐵納米顆粒與未固化的粘結材料的相對量為質量比4 1，當采用的粘結材料為石蠟，匹配厚度為2. 5mm時，在頻率為 6. 2GHz時吸收峰最小值為-31. 9dB。反射損耗小于-IOdB(即吸收效率高于90% )的頻寬為2. 2-16GHZ ；當粘結材料為環氧樹脂時，匹配厚度為2. 5mm時，在頻率為4. 7GHz時吸收峰最小值為-29. 7dB。反射損耗小于-IOdB的頻寬為2. 5-10. 7GHz。
本發明的吸收微波的復合材料的制備方法還可以是首先將硫酸亞鐵與檸檬酸三鈉在水中溶解并混合均勻，將盛放前述溶液的非鐵磁性容器置于兩塊釹鐵硼磁鐵中間，再在容器中加入硼氫化鈉進行充分反應，然后分離出沉淀物，將沉淀物進行充分清洗后進行干燥處理得到非晶態鐵納米鏈粉體；再將所得到的非晶態鐵納米鏈粉體與未固化的粘結材料進行充分混合后進行固化處理，得到所需要的吸收微波的復合材料，其中所用的粘結材料為石蠟。
在前述的吸收微波的復合材料的制備方法中在制備非晶態鐵納米鏈粉體時硫酸亞鐵與檸檬酸三鈉的比例為摩爾比為10 1，其中的硫酸亞鐵以含7個結晶水的硫酸亞鐵計；將盛放硫酸亞鐵與檸檬酸三鈉的溶液的容器放置于中心磁場為0. 053T的磁場中；在進行反應時加入的硼氫化鈉量與鐵離子摩爾比為21；非晶態鐵納米鏈粉體與未固化的粘結材料的相對量為質量比4 1，當采用的粘結材料為石蠟，且匹配厚度為2. 5mm時，在頻率為4. 3GHz時吸收峰最小值為-26. 6dB。反射損耗小于-IOdB的頻寬為2. 6-9. 3GHz。
前述的各方法制備吸收微波的復合材料時，在加入的硼氫化鈉反應后分離出的沉淀可用無水乙醇進行清洗。
按前述的任一方法可制備出吸收微波的復合材料。
本發明的制備的非晶態的金屬磁性吸收體(即非晶態鐵納米顆?；蚍蔷B鐵納米鏈粉體)，不僅其磁學性能與晶態吸收體不相上下，而且其抗腐蝕性能和電阻率都有所提尚O
本發明優選的制備工藝參數可得到最佳效果如取硫酸亞鐵與檸檬酸三鈉的比例為摩爾比為10 1，可以使所得到的產物均勻細小；當所用的硼氫化鈉使用量為鐵的摩爾比為2 1時，可使原料反應完全而不造成浪費；試驗表明，當非晶態的金屬磁性吸收體與粘結材料混合比為質量比4 1時可使得反射吸收超過-IOdB的頻率寬度最寬，與其它比例相比較吸收峰也最低。另外，相關試驗還表明，當本發明用無水乙醇進行非晶態的金屬磁性吸收體的清洗，可節省時間、減小能耗。


圖1為實施例1所得非晶鐵納米顆粒的掃描電鏡圖
圖2為實施例1所得非晶鐵納米顆粒電子衍射圖
圖3為實施例1所得非晶鐵納米顆粒與石蠟質量比為4 1的微波吸收曲線
圖4為實施例1中所得非晶鐵納米顆粒與環氧樹脂質量比為4 1的微波吸收曲線
圖5為實施例2所得非晶鐵納米鏈的掃描電鏡圖
圖6為實施例2所得非晶鐵納米鏈電子衍射圖
圖7為實施例2所得非晶鐵納米鏈與石蠟質量比為4 1的微波吸收曲線
圖8為實施例1中FeSO4 · 7H20與檸檬酸三鈉摩爾比為5 1所得非晶鐵納米顆粒，該納米顆粒與石蠟質量比為4 1的微波吸收曲線
圖9為實施例1中FeSO4 ·7Η20與檸檬酸三鈉摩爾比為15 1所得非晶鐵納米顆粒，該納米顆粒與石蠟質量比為4 1的微波吸收曲線具體實施方式
以下為本發明的實施例。在以下實施例中對微波吸收測定的儀器是 AgilentE8363B電磁波矢量網絡分析儀。
實施例1
按照摩爾比為10 1稱取一定量!^SO4 ·7Η20與檸檬酸三鈉，二者在足夠的去離子水中溶解并混合均勻；然后再稱取與狗摩爾比為2 1的NaBH4，加入上述溶液發生劇烈反應，讓其反應lOmin。收集沉淀用無水乙醇清洗2-3遍，放入真空設備干燥5_6個小時，制得非晶鐵納米顆粒粉體。
將制得的非晶鐵納米顆粒按質量比4 1與石蠟混合均勻，其中非晶鐵納米顆粒為0. 16g，石蠟為0. 04g，然后壓成外徑為7mm，內徑為3. 04mm的環狀樣品，介電譜ε ^和磁導率譜l·^通過Agilent E8363B電磁波矢量網絡分析儀測得，反射損耗由ε ” l·^、吸收頻率和樣品厚度決定。通過計算得到非晶鐵納米顆粒的反射吸收譜圖，如圖3所示，吸收峰最小值為-31. 9dB,其頻率為6. 2GHz,匹配厚度為2. 5mm。反射損耗小于-IOdB的頻寬為 2. 2-16GHz ο 而
將前述制備的非晶鐵納米顆粒粉體與環氧樹脂按質量比為4 1混合時，計算得到的反射吸收圖譜，如圖4所示，吸收峰最小值為-29. 7dB,其頻率為4. 3GHz,匹配厚度為 2. 5mm。反射損耗小于-IOdB的頻寬為2. 5-10. 7GHz。
實施例2
按照摩爾比為10 1稱取一定量!^SO4WH2O與檸檬酸三鈉，二者在足夠的去離子水中溶解并混合均勻，將盛放溶液的燒杯置于中心磁場為0. 053T的兩塊釹鐵硼磁鐵之間； 然后再稱取與狗摩爾比為2 1的NaBH4,加入上述溶液發生劇烈反應，讓其反應lOmin。 收集沉淀用無水乙醇清洗2-3遍，放入真空設備干燥5-6個小時，制得非晶鐵納米鏈粉體。
將制得的非晶鐵納米鏈按質量比4 1與石蠟混合均勻，其中非晶鐵納米顆粒為0.168，石蠟為0.048，然后壓成外徑為7111111，內徑為3.04111111的環狀樣品，ε ,和μ ,通過 Agilent Ε836!3Β電磁波矢量網絡分析儀測得，反射損耗由ε,、μ ,、吸收頻率和樣品厚度決定。通過計算得到非晶鐵納米顆粒的反射吸收譜圖，如圖6所示，吸收峰最小值為-26. 6dB, 其頻率為4. 3GHz，匹配厚度為2. 5mm。反射損耗小于-IOdB的頻寬為2. 6_9. 3GHz。由于本領域中多采用石蠟為粘結材料進行測試比較，因此本實施例中不再提供非晶鐵納米鏈與樹脂材料混合后制備的樣品測試參數。
本發明相關的試驗表明!^eSO4 · 7H20與NaBH4的摩爾比為1 2的時候最合適，而當大于或小于1 2時，都會造成原料浪費。在相關的試驗中發明人還比較了硫酸亞鐵與檸檬酸三鈉的摩爾為5 1,10 1,15 1條件下得到的納米顆粒與石蠟按4 1的質量比混合后的反射吸收譜，發現10 1條件下的結果最好在硫酸亞鐵與檸檬酸三鈉的摩爾為 5 1條件下時，反射吸收譜的最佳厚度達到了 5.5mm，其超過-IOdB的頻率范圍與10 1 條件下的相比較要窄并且分布在相對低的頻率范圍，如附圖7，這會影響實際應用效果；而在硫酸亞鐵與檸檬酸三鈉的摩爾為15 1條件下時，超過-IOdB的頻率范圍變得比10 1 條件下的窄，并且其最高峰對應頻率相對要低，如附圖8。
權利要求
1.一種吸收微波的復合材料的制備方法，其特征在于首先將硫酸亞鐵與檸檬酸三鈉在水中溶解并混合均勻，再在其中加入硼氫化鈉進行充分反應，然后分離出沉淀物，將沉淀物進行充分清洗后進行干燥處理得到非晶態鐵納米顆粒；再將所得到的非晶態鐵納米顆粒與未固化的粘結材料進行充分混合后進行固化處理，得到所需要的吸收微波的復合材料， 其中所用的粘結材料為石蠟或樹脂。
2.權利要求1所述的吸收微波的復合材料的制備方法，其特征在于在制備非晶態鐵納米顆粒時硫酸亞鐵與檸檬酸三鈉的比例為摩爾比為10 1，其中的硫酸亞鐵以含7個結晶水的硫酸亞鐵計；進行反應時加入的硼氫化鈉量與鐵離子的摩爾比是2 1;非晶態納米顆粒與未固化的粘結材料的相對量為質量比4 1，當采用的粘結材料為石蠟，且匹配厚度為2. 5mm時，在頻率為6. 2GHz時吸收峰最小值為_31. 9dB,反射損耗小于-IOdB的頻寬為 2. 2-16GHZ ；當采用的粘結材料為環氧樹脂時，且匹配厚度為2. 5mm時，在頻率為4. 7GHz時吸收峰最小值為-29. 7dB,反射損耗小于-IOdB的頻寬為2. 5-10. 7GHz。
3.一種吸收微波的復合材料的制備方法，其特征在于首先將硫酸亞鐵與檸檬酸三鈉在水中溶解并混合均勻，將盛放前述溶液的非鐵磁性容器置于一個中心磁場大于 0. OlTesla的磁場中，再在容器中加入硼氫化鈉進行充分反應，然后分離出沉淀物，將沉淀物進行充分清洗后進行干燥處理得到非晶態鐵納米鏈粉體；再將所得到的非晶態鐵納米鏈粉體與未固化的粘結材料進行充分混合后進行固化處理，得到所需要的吸收微波的復合材料，其中所用的粘結材料為石蠟或樹脂。
4.權利要求3所述的吸收微波的復合材料的制備方法，其特征在于在制備非晶態鐵納米鏈粉體時硫酸亞鐵與檸檬酸三鈉的比例為摩爾比為10 1，其中的硫酸亞鐵以含7 個結晶水的硫酸亞鐵計；將盛放硫酸亞鐵與檸檬酸三鈉的溶液的容器放置于中心磁場為 0.053Tesla的磁場中；在進行反應時加入的硼氫化鈉量與鐵離子的摩爾比是2 1 ；非晶態鐵納米鏈粉體與未固化的粘結材料的相對量為質量比4 1，當采用的粘結材料為石蠟， 且匹配厚度為2. 5mm時，在頻率為4. 3GHz時吸收峰最小值為_26. 6dB,反射損耗小于-IOdB 的頻寬為2. 6-9. 3GHz。
5.根據權利要求1至4所述的任一吸收微波的復合材料的制備方法，其特征在于加入的硼氫化鈉反應后分離出的沉淀用無水乙醇進行清洗。
6.權利要求1至5所述的任一吸收微波的復合材料的制備方法制備的吸收微波的復合材料。
全文摘要
本發明公開一種具有微波吸收功能的復合材料的制備方法及這種材料，所述的復合材料是由非晶納米顆粒或非晶納米鏈與樹脂或石蠟構成的材料。本發明的制備方法是將硫酸亞鐵與檸檬酸三鈉在水中溶解并混合均勻，再在其中加入硼氫化鈉進行充分反應，或在反應時將反應物置于外設磁場條件下，反應完成后分離出沉淀物，將沉淀物進行充分清洗后進行干燥處理得到非晶態鐵納米顆粒；再將所得到的非晶態納米顆粒與未固化的粘結材料進行充分混合后進行固化處理，得到所需要的吸收微波的復合材料。
文檔編號C09K3/00GK102516935SQ201110366250
公開日2012年6月27日 申請日期2011年11月18日 優先權日2011年11月18日
發明者姚玥璘, 左亞路, 席力, 王真, 薛德勝 申請人:蘭州大學