本发明涉及微波吸收材料领域，且特别涉及一种吸波材料及其制备方法。
背景技术：
随着现代科学技术的发展，电磁波辐射对环境的影响日益增大。在现代家庭中，电磁波在为人们造福的同时，也随着“电子烟雾”的作用，直接或间接地危害人体健康。据美国权威的华盛顿技术评定处报告，家用电器和各种接线产生的电磁波对人体组织细胞有害。近10年来，关于电磁波对人体损害的报告接连不断。据美国科罗拉多州大学研究人员调查，电磁污染较严重的丹佛地区儿童死于白血病者是其它地区的两倍以上。瑞典学者托梅尼奥在研究中发现，生活在电磁污染严重地区的儿童，患神经系统肿瘤的人数大量增加。在机场航班因电磁波干扰无法起飞而误点，在医院移动电话常会干扰各种电子诊疗仪器的正常工作。因此，治理电磁污染，寻找一种能抵挡并削弱电磁波辐射的材料—吸波材料，已成为材料科学的一大课题。
吸波材料，指能吸收投射到它表面的电磁波能量的一类材料。吸波材料主要应用在隐身技术、改善整机电磁兼容性能、天线抗金属隔离应用等方面。羰基铁粉具有磁损耗大、吸波强度大的特点，因而成为吸波材料的研究热点。但是羰基铁粉具有密度大、易氧化的缺点，限制了羰基铁粉的应用。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种吸波材料的制备方法，采用化学镀的方法对羰基铁颗粒进行镀镍，并进行磁化处理，制得密度较低的片状镀镍羰基铁，降低了生产成本，对环境污染小，易于实现。
本发明的另一目的在于提供一种吸波材料，该吸波材料具有各向异性结构，具有较大的磁导率和磁损耗，从而提高电磁阻抗匹配。
本发明解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。
本发明提出一种吸波材料的制备方法，其包括：通过化学镀在片状羰基铁颗粒表面镀镍，形成片状镀镍羰基铁。将片状镀镍羰基铁置于磁场强度为0.01～0.2T的静磁场环境中进行磁化处理，得到吸波材料。
本发明提出一种吸波材料，由上述吸波材料的制备方法制备而成。
本发明实施例的一种吸波材料及其制备方法的有益效果是：通过球磨处理微米级别的羰基铁颗粒，得到片状结构的羰基铁颗粒，减小了材料的厚度，使其涡流效应得以削减或抑制。将片状结构的羰基铁颗粒利用化学镀方法镀镍，得到具有各向异性结构的镀镍羰基铁，有利于突破磁性材料的Snoek极限，进而提高磁导率。并且该制备方法将材料进行磁化处理，使得处理后的镀镍羰基铁具有更大的磁导率和磁损耗。同时，通过调整吸波材料的制备方法中球磨处理及化学镀的各项参数以及反应条件，实现对制得的吸波材料的性能调控。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
下面对本发明实施例的一种吸波材料及其制备方法和应用进行具体说明。
本发明实施例提供的一种吸波材料的制备方法，包括以下步骤：
通过化学镀在片状羰基铁颗粒表面镀镍，形成片状镀镍羰基铁，将片状镀镍羰基铁置于磁场强度为0.01～0.2T的静磁场环境中进行磁化处理，得到吸波材料。
进一步地，在本发明较佳实施例中，片状羰基铁颗粒的制备方法为：将微米级别的羰基铁颗粒与乙醇按照质量比为1:2～1:3混合后置于球磨机中球磨，球磨机的转速为450～500rpm，球磨5～7小时后即得片状羰基铁颗粒。
对球形羰基铁来说，纳米羰基铁有比微米羰基铁高得多的介电常数虚部，但磁导率虚部比微米羰基铁低，由于磁损耗是纳米和微米羰基铁复合材料中的主要损耗类型，总的微波吸收性质纳米羰基铁并不比微米羰基铁好，故选取微米级别的羰基铁颗粒为原料。羰基铁颗粒在球磨过程中发生碰撞，会有新鲜表面露出，与空气接触容易氧化。加入乙醇可防止羰基铁颗粒被氧化，或是在球磨前向球磨机中充入惰性气体达到防止氧化的目的。
进一步地，在本发明较佳实施例中，片状羰基铁颗粒表面镀镍的方法是：将含有片状羰基铁颗粒的羰基铁悬浮液与含镍的镀液混合并超声振荡，在55～75℃的条件下反应，即得片状镀镍羰基铁。
将羰基铁悬浮液与镀液按照羰基铁悬浮液中铁的含量与镀液中镍的质量比为1:1～2:1混合，用超声振荡使羰基铁在溶液中分散均匀，在55～75℃的条件下反应5～10min，利用还原剂将镀液中的镍离子还原为金属镍并沉积到片状羰基铁颗粒表面上，即得片状镀镍羰基铁。离子反应式为：
H2PO2-+H2O→HPO3-+2H+H+，
Ni2++2H→Ni+2H+，
H2PO2-+H→H2O+OH-+P，3P+Ni→NiP3，
2H→H2↑。
通过调控化学镀的反应参数及反应条件，可以调控的镀层的厚度及镀层中磷的质量分数，得到物理化学特性不同的镀层，如硬度、抗蚀性能、耐磨性能、电磁性能等。
进一步地，在本发明较佳实施例中，羰基铁悬浮液的制备方法包括：将片状羰基铁颗粒、分散剂与乙醇混合，通过超声振荡将片状羰基铁颗粒分散在乙醇中，即得羰基铁悬浮液，分散剂为甲基纤维素或羧甲基纤维钠。
进一步地，在本发明较佳实施例中，镀液的制备方法为：将水溶性的镍盐、水溶性的络合剂、水溶性的还原剂和水混合得到混合溶液，用氨水调节混合溶液的pH值至7～9，即得镀液，其中，水溶性的镍盐为硫酸镍且含量为2wt％～4wt％，水溶性的络合剂为柠檬酸钠且含量为2wt％～3wt％，水溶性的还原剂为次亚磷酸钠且含量为1wt％～2wt％，余量为水。
进一步地，在本发明较佳实施例中，将片状镀镍羰基铁进行磁化处理的方法为：在磁场强度为0.01～0.2T的静磁场环境中，将片状镀镍羰基铁与石蜡按照重量比为2:3～1:1混合成形。
具体的，将片状镀镍羰基铁与石蜡混合后，在50～70℃的条件下升温加热10～15min至石蜡完全融化，冷却成形即得吸波材料。
本发明实施例还提供了一种吸波材料，其采用上述的制备方法制得。该吸波材料具有各向异性结构，有利于突破磁性材料的Snoek极限，进而提高磁导率。并且经过磁化处理后吸波材料具有更大的磁导率和磁损耗。
进一步地，在本发明较佳实施例中，吸波材料中片状镀镍羰基铁的含量为40wt％～50wt％。
吸波材料中片状镀镍羰基铁作为吸收剂，含量低，吸收微波的能力低；含量高，则吸收微波的能力高。但是，含量过高超过逾渗阈值会导致微波反射过高，不利于吸收，同时也增大吸波材料的密度，提高生产成本。片状镀镍羰基铁的含量对吸波材料的性能有很大的影响。
以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。
实施例1
本实施例提供了一种吸波材料，该吸波材料的制备方法如下：
将微米级别的羰基铁颗粒置于球磨机中球磨，球磨机的转速为450rpm，球磨5小时后即得片状羰基铁颗粒。
将片状羰基铁颗粒、甲基纤维素与乙醇混合，通过超声振荡将片状羰基铁颗粒分散在乙醇中，即得羰基铁悬浮液。
按质量百分数计，将2％硫酸镍、2％柠檬酸钠、1％次亚磷酸钠依次溶于余量的去离子水中，混合得到混合溶液，用氨水调节混合溶液的pH值至7，即得镀液。
将羰基铁悬浮液与镀液按照羰基铁悬浮液中铁的含量与镀液中镍的含量比为1:1混合，用超声振荡使羰基铁在溶液中分散均匀，在55℃的条件下反应5min，即得片状镀镍羰基铁。
将片状镀镍羰基铁与石蜡按照重量为1:1混合后，在磁场强度为0.01T的静磁场环境中，50℃的条件下升温加热10min至石蜡完全融化，冷却成形即得吸波材料。吸波材料中片状镀镍羰基铁的含量为50wt％。
实施例2
本实施例提供了一种吸波材料，该吸波材料的制备方法如下：
将微米级别的羰基铁颗粒与乙醇按照质量比为1:2混合后置于球磨机中球磨，球磨机的转速为450rpm，球磨6小时后即得片状羰基铁颗粒。
将片状羰基铁颗粒、甲基纤维素与乙醇混合，通过超声振荡将片状羰基铁颗粒分散在乙醇中，即得羰基铁悬浮液。
按质量百分数计，将3％硫酸镍、2.5％柠檬酸钠、1.5％次亚磷酸钠依次溶于余量的去离子水中，混合得到混合溶液，用氨水调节混合溶液的pH值至8，即得镀液。
将羰基铁悬浮液与镀液按照羰基铁悬浮液中铁的含量与镀液中镍的含量比为1.5:1混合，用超声振荡使羰基铁在溶液中分散均匀，在65℃的条件下反应5min，即得片状镀镍羰基铁。
将片状镀镍羰基铁与石蜡按照重量为2:3混合后，在磁场强度为0.1T的静磁场环境中，60℃的条件下升温加热10min至石蜡完全融化，冷却成形即得吸波材料。
吸波材料中片状镀镍羰基铁的含量为40wt％。
实施例3
本实施例提供了一种吸波材料，该吸波材料的制备方法如下：
将微米级别的羰基铁颗粒与乙醇按照质量比为1:2.5混合后置于球磨机中球磨，球磨机的转速为475rpm，球磨7小时后即得片状羰基铁颗粒。
将片状羰基铁颗粒、羧甲基纤维钠与乙醇混合，通过超声振荡将片状羰基铁颗粒分散在乙醇中，即得羰基铁悬浮液。
按质量百分数计，将4％硫酸镍、3％柠檬酸钠、2％次亚磷酸钠依次溶于余量的去离子水中，混合得到混合溶液，用氨水调节混合溶液的pH值至9，即得镀液。
将羰基铁悬浮液与镀液按照羰基铁悬浮液中铁的含量与镀液中镍的含量比为2:1混合，用超声振荡使羰基铁在溶液中分散均匀，在75℃的条件下反应7min，即得片状镀镍羰基铁。
将片状镀镍羰基铁与石蜡按照重量为2:3混合后，在磁场强度为0.2T的静磁场环境中，70℃的条件下升温加热12min至石蜡完全融化，冷却成形即得吸波材料。
吸波材料中片状镀镍羰基铁的含量为40wt％。
实施例4
本实施例提供了一种吸波材料，该吸波材料的制备方法如下：
将微米级别的羰基铁颗粒与乙醇按照质量比为1:3混合后置于球磨机中球磨，球磨机的转速为500rpm，球磨7小时后即得片状羰基铁颗粒。
将片状羰基铁颗粒、羧甲基纤维钠与乙醇混合，通过超声振荡将片状羰基铁颗粒分散在乙醇中，即得羰基铁悬浮液。
按质量百分数计，将4％硫酸镍、3％柠檬酸钠、2％次亚磷酸钠依次溶于余量的去离子水中，混合得到混合溶液，用氨水调节混合溶液的pH值至9，即得镀液。
将羰基铁悬浮液与镀液按照羰基铁悬浮液中铁的含量与镀液中镍的含量比为2:1混合，用超声振荡使羰基铁在溶液中分散均匀，在75℃的条件下反应10min，即得片状镀镍羰基铁。
将片状镀镍羰基铁与石蜡按照重量为9:10混合后，在磁场强度为0.2T的静磁场环境中，70℃的条件下升温加热15min至石蜡完全融化，冷却成形即得吸波材料。
吸波材料中片状镀镍羰基铁的含量为45wt％。
实施例5
本实施例提供了一种吸波材料，该吸波材料的制备方法如下：
将微米级别的羰基铁颗粒置于球磨机中，向球磨机中充入惰性气体进行球磨，球磨机的转速为500rpm，球磨7小时后即得片状羰基铁颗粒。
将片状羰基铁颗粒、羧甲基纤维钠与乙醇混合，通过超声振荡将片状羰基铁颗粒分散在乙醇中，即得羰基铁悬浮液。
按质量百分数计，将3％乙酸镍、2.5％柠檬酸钠、1.5％次亚磷酸钠依次溶于余量的去离子水中，混合得到混合溶液，用氨水调节混合溶液的pH值至8，即得镀液。
将羰基铁悬浮液与镀液按照羰基铁悬浮液中铁的含量与镀液中镍的含量比为2:1混合，用超声振荡使羰基铁在溶液中分散均匀，在65℃的条件下反应6min，即得片状镀镍羰基铁。
将片状镀镍羰基铁与石蜡按照重量为9:11混合后，在磁场强度为0.1T的静磁场环境中，60℃的条件下升温加热15min至石蜡完全融化，冷却成形即得吸波材料。
吸波材料中片状镀镍羰基铁的含量为45wt％。
对比例1
选取未进行球磨的微米级别的羰基铁颗粒，将其与石蜡按照质量比为1:2混合，得到混合物。
对比例2
选取未进行球磨的微米级别的羰基铁颗粒，将其与石蜡按照质量比为2:3混合，得到混合物。
对比例3
选取球磨后的片状羰基铁颗粒，将其与石蜡按照质量比为2:3混合，得到混合物。
对比例4
选取具有较好吸波性能的FeCo/C，将FeCo/C与石蜡按照质量比为2:3混合，得到混合物。
试验例1
选取实施例1、实施例2、实施例3、实施例4、实施例5的吸波材料及对比例1、对比例2、对比例3的混合物，在专用模具中压制成同轴试样，采用矢量网络分析仪分析材料的电磁参数，测试频率范围为2～18GHz。
表1电磁参数对比结果
由表1结果可知，实施例1、实施例2、实施例3、实施例4的吸波材料具有比对比例1、对比例2、对比例3、对比例4的混合物高的复磁导率。球磨后形成的片状羰基铁颗粒的表面积相对微米级别的羰基铁颗粒较大，使得粉体之间的磁矩的交换耦合作用增强、涡流损耗减小，同时各向异性结构有助于材料磁导率在高频下突破Snoek极限的限制。通过本发明提供的吸波材料的制备方法得到的吸波材料，复磁导率增大，提高材料对电磁波的磁损耗，易满足阻抗匹配条件，介电损耗机制和磁损耗机制能够同时起作用，使吸波材料具有优越的吸波性能。
综上所述，本发明实施例的吸波材料及其制备方法通过球磨处理微米级别的羰基铁颗粒，得到片状结构的羰基铁颗粒，减小了材料的厚度，使其涡流效应得以削减或抑制。将片状结构的羰基铁颗粒利用化学镀方法镀镍，得到具有各向异性结构的镀镍羰基铁，有利于突破磁性材料的Snoek极限，进而提高磁导率。并且该制备方法将材料进行磁化处理，使得处理后的镀镍羰基铁具有更大的磁导率和磁损耗。同时，通过调整吸波材料的制备方法中球磨处理及化学镀的各项参数以及反应条件，实现对制得的吸波材料的性能调控。
以上所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。