本發明屬于吸波材料技術領域，具體地，本發明涉及一種電磁性能可調控的包覆型納米復合材料及其制備方法和應用于2～18GHz波段電磁波的吸收性能。

背景技術：

吸波材料廣泛用于隱身技術、電子設備、雷達或通信設備抗干擾以及人體防護等諸多領域，在軍用和民用方面都有著重要意義。根據吸波機理，吸波材料可以分為介電損耗型和磁損耗型。介電損耗型吸波材料具有較高的電損耗正切角，依靠介質的電子、分子、離子及界面極化來衰減吸收電磁波。磁損耗型吸波材料具有較高的磁損耗正切角，衰減吸收電磁波以疇壁共振、磁滯損耗等形式來衰減吸收電磁波。在實際應用中，功能單一的電損耗型或磁損耗型不能完全滿足需求，因此集電損耗和磁損耗于一身的復合型吸波材料是未來的發展方向。

技術實現要素：

本發明的目的在于提供一種包覆型電磁無機納米復合吸波材料，該復合吸波材料是電磁性能可調控的復合吸波劑。

為達到上述目的，本發明的技術方案如下：

一種包覆型電磁無機納米復合吸波材料，所述復合吸波材料包括：銀納米線以及包覆于其上的磁性納米顆粒；

所述銀納米線的直徑為30～1000nm，長度為10～100μm；

所述磁性納米顆粒為Co₂O₃、Fe₃O₄或NiFe₂O₄，粒徑為10～1000nm；

所述磁性納米顆粒與銀納米線的質量份配比為2：100～10：100。

本發明的另一個目的在于提供一種上述的包覆型電磁無機納米復合吸波材料的制備方法，所述制備方法包括以下步驟：

在30～600ml醇類溶劑中分散均勻0.3～20g銀納米線，并加入30～400ml的無機鹽的醇類溶液，攪拌10～90分鐘使其混合分散均勻；然后加入0.5～2mol/L堿的醇類溶液，繼續攪拌5～60分鐘得到總體積為50～1000mL的反應液，放入反應釜中進行磁性納米顆粒的包覆生長反應得到電磁無機納米復合吸波材料。

優選地，所述醇類溶劑為正戊醇、丙二醇、乙二醇、正己醇和正辛醇中的一種。

優選地，所述無機鹽為硝酸鈷、硝酸鎳、硝酸鐵、硫酸亞鐵和氯化亞鐵中的一種或幾種。

優選地，所述堿為氫氧化鈉、氫氧化鉀、氫氧化鎂中的至少一種。

優選地，所述反應釜為自加熱反應釜，加熱方式為電加熱或油浴加熱。

優選地，所述包覆生長反應時間為1～5小時，反應溫度為100～250℃。

本發明所述的包覆型電磁無機納米復合吸波材料用于2～18GHz波段的電磁波的吸收。

本發明提供的包覆型電磁無機納米復合吸波材料是以磁性納米顆粒和銀納米線共同作為吸波劑，具有可設計的電磁性能。

本發明采用不同性質的材料制成的復合吸波材料不但可以兼具各個組分的特性，且還存在協同增效的作用，其吸波效果優于兩種組分各自吸波效果的加和，因此，本發明所得吸波材料能對電磁波具有更好的耗散作用。一維金屬材料具有用量少，高耗散等特點；磁性納米顆粒具有吸收強，頻帶寬，匹配厚度薄等特點，二者進行復合后，可以產生優于累積效果的吸波效果，可以增加吸收頻帶，對展寬材料的有效吸收帶寬非常有利。

本發明涉及一種溶劑熱法制備的無機電磁納米復合材料，即磁性納米顆粒與一維銀納米線復合材料。該納米復合吸波材料通過兩步溶劑熱法來依次制備銀納米線和在銀納米線外生長磁性納米顆粒。其步驟如下：先用溶劑熱法制備銀納米線；仍用溶劑熱法，以制備好的銀納米線為種，在銀納米線的表面生長磁性納米顆粒。通過調節反應物的種類和配比，可得到銀納米線和不同磁性納米顆粒的質量比的復合材料。

與現有的技術相比，本發明具有如下優點：

1、本發明通過制備具有包覆結構形態的納米復合材料來調節復合材料的電磁性能，有效降低了納米復合材料因阻抗不匹配而引起的對電磁波的低吸收現象，是一種阻抗漸變“寬頻”吸收體與衰減表面電流的薄層吸收體的復合，是磁介質型和電阻型損耗的結合。

2、本發明提供的包覆型電磁無機納米復合吸波材料在2～18GHz的波段的最小反射率可低于-20dB。

3、本發明提供的方法制備的電磁無機納米復合材料是一種電磁性能廣泛可調的復合材料，該電磁性納米無機復合材料具有在整個掃描范圍(2-18GHz)內都保持穩定的相對磁導率，介電常數會隨著頻率有增大或減小的變化，從而使得該材料可以在電介質損耗和磁介質損耗材料之間轉換。

附圖說明

圖1為實施例1制備的復合吸波材料的掃描電鏡圖；

圖2為實施例1制備的復合吸波材料的電磁參數曲線；

圖3為實施例2制備的復合吸波材料的掃描電鏡圖；

圖4為實施例2制備的復合吸波材料的電磁參數曲線；

圖5為實施例3制備的復合吸波材料的掃描電鏡圖；

圖6為實施例3制備的復合吸波材料的電磁參數曲線；

圖7為實施例4制備的復合吸波材料的掃描電鏡圖；

圖8為實施例4制備的復合吸波材料的電磁參數曲線；

圖9為實施例5制備的復合吸波材料的掃描電鏡圖；

圖10為實施例5制備的復合吸波材料的電磁參數曲線；

圖11為實施例6制備的復合吸波材料的掃描電鏡圖；

圖12為實施例6制備的復合吸波材料的電磁參數曲線；

電磁參數曲線圖中：ε_r：介電常數實部；ε_i：介電常數虛部；μ_r：磁導率實部；μ_i：磁導率虛部。

具體實施方式

下面以附圖和具體實施方式對本發明作進一步詳細的說明。

實施例1

將0.3g銀納米線超聲分散于30mL的乙二醇中；將0.036g的FeSO₄·7H₂O和0.07g的FeCl₃·6H₂O溶解于30mL的乙二醇中，攪拌均勻并將其加入到銀納米線醇溶液中持續攪拌10分鐘，再向該溶液中加入0.5mol/L的NaOH/乙二醇溶液2.1mL，維持攪拌5分鐘得到反應液，放入反應釜中，200℃反應4小時，得到復合吸波材料。本實施例制備復合吸波材料中Fe₃O₄顆粒與銀納米線質量比為0.1：1，所述銀納米線的平均直徑為470nm，長度為10～100μm；所述磁性納米顆粒粒徑為10～1000nm。

本實施例復合吸波材料的掃描電鏡圖如圖1所示，電磁參數見圖2，吸波性能列于表1。從圖1可以看出，Fe₃O₄納米粒子聚集成無定形態連續相包于銀納米線的表面；從圖2可以看出，磁導率虛部幾乎為0，即幾乎沒有磁損耗，介電常數的虛部在低頻較小，在頻率大于8GHz時開始有明顯的增加，在10.5GHz處有達到最大值，趨于電損耗性介電材料。

實施例2

將1g銀納米線超聲分散于80mL的正戊醇中；將0.014g的FeCl₂·4H₂O和0.069g的Fe(NO₃)₃·9H₂O溶解于30mL的正戊醇中，攪拌均勻并將其加入到銀納米線醇溶液中持續攪拌20分鐘，再向該溶液中加入0.5mol/L的NaOH/正戊醇溶液1.4mL，維持攪拌20分鐘得到反應液，放入反應釜中，160℃反應3小時，得到復合吸波材料。

本實施例制備復合吸波材料中Fe₃O₄顆粒與銀納米線質量比為2：100，所述銀納米線的平均直徑為280nm，長度為10～100μm；所述磁性納米顆粒粒徑為10～1000nm。

本實施例復合吸波材料的掃描電鏡圖如圖3所示，電磁參數見圖4，吸波性能列于表1。從圖3可以看出，Fe₃O₄納米粒子聚集為直徑約40nm的團簇狀分散點綴于銀納米線的表面；從圖4可以看出，磁導率虛部幾乎為0，即幾乎沒有磁損耗，介電常數的虛部在低頻較小，在頻率大于9GHz時開始有明顯的增加，在9.8GHz和18GHz處達到最大值，趨于電損耗性介電材料。

實施例3

將3g銀納米線超聲分散于150mL的丙二醇中；將0.42g的Co(NO₃)₂·6H₂O溶解于60mL的丙二醇中，攪拌均勻并將其加入到銀納米線醇溶液中持續攪拌30分鐘。再向該溶液中加入0.5mol/L的Mg(OH)₂/丙二醇溶液1.4mL，維持攪拌30分鐘得到反應液，放入反應釜中，250℃反應1小時，得到復合吸波材料。

本實施例制備復合吸波材料中Co₂O₃納米顆粒與銀納米線質量比為4：100，所述銀納米線的平均直徑為480nm，長度為10～100μm；所述磁性納米顆粒粒徑為10～1000nm。

本實施例復合吸波材料的掃描電鏡圖如圖5所示，電磁參數見圖6，吸波性能列于表1。從圖5可以看出，Co₂O₃納米粒子團聚平均直徑為150nm的簇狀分散附著于Ag納米線的表面；從圖6可以看出，磁損耗幾乎為0，介電常數虛部隨著頻率的增大而呈現減小的趨勢，說明其在掃描范圍內是一種電損耗性能的介電材料。

實施例4

將5g銀納米線超聲分散于300mL的正己醇中；將1.05g的Co(NO₃)₂·6H₂O溶解于100mL的正己醇中，攪拌均勻并將其加入到銀納米線醇溶液中持續攪拌30分鐘。再向該溶液中加入0.5mol/L的Mg(OH)₂/正己醇溶液3.6mL，維持攪拌30分鐘得到反應液，放入反應釜中，160℃反應5小時，得到復合吸波材料。

本實施例制備復合吸波材料中Co₂O₃顆粒與銀納米線質量比為6：100，所述銀納米線的平均直徑為520nm，長度為10～100μm；所述磁性納米顆粒粒徑為10～1000nm。

本實施例復合吸波材料的掃描電鏡圖如圖7所示，電磁參數見圖8，吸波性能列于表1。從圖7可以看出，Co₂O₃納米粒子聚集成直徑約為180nm的簇狀存在于Ag納米線的表面；從圖8可以看出，磁損耗幾乎為0，介電常數虛部很小，但在頻率為14.3GHz處出現一個峰值。

實施例5

將10g銀納米線超聲分散于400mL的正辛醇中，將1g的Ni(NO₃)₂·6H₂O和1.84g的FeCl₃·6H₂O溶解于200mL的正辛醇中，攪拌均勻并將其加入到銀納米線醇溶液中持續攪拌40分鐘。再向該溶液中加入1mol/L的KOH/正辛醇溶液28mL，維持攪拌40分鐘得到反應液，放入反應釜中，100℃反應2小時，得到復合吸波材料。

本實施例制備復合吸波材料中NiFe₂O₄顆粒與銀納米線質量比為8：100，所述銀納米線的平均直徑為450nm，長度為10～100μm；所述磁性納米顆粒粒徑為10～1000nm。

本實施例復合吸波材料的掃描電鏡圖如圖9所示，電磁參數見圖10，吸波性能列于表1。從圖9可以看出，NiFe₂O₄納米粒子聚集為直徑約為80nm的簇狀點綴于Ag納米線的表面；從圖10可以看出，相對介電常數實部遠遠大于虛部，且虛部接近于0，相對磁導率的實部和虛部隨頻率的增加變化不大，說明其是一種磁損耗性能穩定的吸波材料。

實施例6

將20g銀納米線超聲分散于600mL的乙二醇中，將2.48g的Ni(NO₃)₂·6H₂O和6.87g的Fe(NO₃)₃·9H₂O溶解于400mL的乙二醇中，持續攪拌90分鐘。加入2mol/L的KOH/乙二醇溶液35mL，維持攪拌60分鐘，放入反應釜中，120℃反應1小時，得到復合吸波材料6。

本實施例制備復合吸波材料中NiFe₂O₄顆粒與銀納米線質量比為0.1：1，所述銀納米線的平均直徑為450nm，長度為10～100μm；所述磁性納米顆粒粒徑為10～1000nm。

本實施例復合吸波材料的掃描電鏡圖如圖11所示，電磁參數見圖12，吸波性能列于表1。從圖11可以看出，NiFe₂O₄納米粒子以直徑約為90nm的聚集體的形式均勻分散于Ag納米線的表面；從圖12可以看出，相對介電常數實部遠遠大于虛部，且虛部在低頻時較小，在頻率大于5GHz時開始有明顯的增加，在頻率為14.4GHz處達到最大值，趨于電損耗性介電材料。

表1電磁復合吸波材料的吸波性能

該電磁復合吸波材料在2-18GHz掃描范圍內表現出良好的吸波性能，通過選擇不同的反應原料和投料配比，可以實現對衰減大于10dB的有效帶寬和最大衰減頻率的調節和設計，得到一系列具有不同吸波性能的材料。

最后所應說明的是，以上實施例僅用以說明本發明的技術方案而非限制。盡管參照實施例對本發明進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應該理解，對本發明的技術方案進行修改或者等同替換，都不脫離本發明技術方案的精神和范圍，其均應涵蓋在本發明的權利要求范圍當中。