吸波材料的制备方法和吸波涂料与流程

本发明涉及材料技术领域，特别是吸波材料的制备方法和吸波涂料。

背景技术：

吸波材料在军事和民用领域有着广泛的用途。雷达探测物体的原理是发射电磁波对目标进行照射并接收回波，根据回波获得物体的距离、方位和高度等信号。吸波涂层可以覆盖在物体表面上，从而衰减电磁波，将电磁波的能量转化为其他能量耗散，或者使得电磁波因干涉而消失。吸波涂料可以有效地降低物体的回波强度，从而减小雷达散射截面，实现隐身效果。

目前，用于制备吸波材料的主要方法为球磨法。然而，这种方法所制备出的吸波材料的形状和尺寸均一性较差，具有比较离散的尺寸分布。该方法的缺陷是不能制备出微观上形状和尺寸均一的吸波材料，进而限制了材料性能的进一步优化。

因此，期望进一步改进吸波材料的制备方法以改善形状和尺寸均一性，从而提高电磁吸收性能。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的在于提供吸波材料的制备方法和吸波涂料，其中将液相合成和氢热还原相结合以形成片状吸波材料，从而可以提高吸波材料的纯度以及改善吸波材料的形状和尺寸均一性。

根据本发明的一方面，提供一种吸波材料的制备方法，包括：形成包括反应原料的混合溶液；将所述混合溶液进行液相合成反应；将反应后的反应产物进行酸洗除杂；在酸洗除杂之后进行清洗干燥，以获得第一粉末；以及将所述第一粉末进行氢热还原反应，以获得第二粉末，其中，所述第一粉末和所述第二粉末的颗粒均为片状，所述第二粉末为所述吸波材料。

优选地，所述第一粉末为三氧化二铁粉末，所述反应原料包括fe(no3)3·9h2o、ba(no3)2、naoh。

优选地，fe(no3)3·9h2o、ba(no3)2、naoh的质量配比为：1～10∶0.05～0.5∶0.5～5。

优选地，所述混合溶液的溶剂包括体积比为5∶1～1∶1的水和聚乙二醇，其中，聚乙二醇的分子量为400～1000。

优选地，所述反应产物包括三氧化二铁和baco3的混合物，在所述将反应后的反应产物进行酸洗除杂的步骤中，通过酸洗除去baco3且保留三氧化二铁。

优选地，所述酸洗采用浓度为0.5～5mol/l的盐酸，浸入时长为10～30h。

优选地，所述第二粉末为铁粉。

优选地，所述将所述混合溶液进行液相合成反应的步骤包括：将所述混合溶液搅拌20分钟至1小时后放入水热反应釜中；将所述水热反应釜在160℃～220℃温度下加热10～50h后，降至室温并取出所述反应产物。

优选地，所述将所述第一粉末进行氢热还原反应的步骤包括：将所述第一粉末放入管式炉中，并在氢气中以350℃～900℃的温度加热0.5h～10h。

优选地，在将所述第一粉末进行氢热还原反应之后，所述方法还包括：进行弱酸腐蚀，以减小所述第二粉末的尺寸。

优选地，所述弱酸包括选自氢氟酸和草酸中的至少一种。

优选地，所述弱酸腐蚀使得所述第二粉末的颗粒片的厚度和边长中的至少一个减小。

根据本发明的另一方面，提供一种吸波涂料，包括：成膜物质；以及吸收剂；其中，所述吸收剂为上述方法制备的吸波材料。

优选地，所述成膜物质为树脂。

优选地，所述吸波材料为片状的三氧化二铁粉末或铁粉末。

根据本发明实施例的方法，采用液相合成反应可以形成第一粉末材料，第一粉末材料的颗粒形状为片状，并且具有均匀的边长和厚度。液相合成反应的困难在于反应产物为混合物，因而第一粉末的纯度不佳。本发明的方法采用酸洗，从反应产物中去除不需要的固体杂质，从而提高了第一粉末材料的纯度。然后，采用氢热还原反应，将第一粉末材料转换成第二粉末材料，第二粉末材料的颗粒形状仍然为片状，并且具有均匀的边长和厚度。该方法制备的吸波材料具有均匀的形状和尺寸，以及高纯度，从而可以提高电磁吸收性能。

在进一步优选的实施例中，采用弱酸腐蚀减小粉末颗粒的尺寸，以进一步提高电磁吸收性能。

根据本发明实施例的吸波涂料，其中采用吸波材料作为吸收剂。采用该吸波材料形成的吸波涂层可以获得高反射损耗，并且可以通过调节粉末颗粒的边长、厚度、涂层厚度等调节吸收带的位置。

附图说明

通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：

图1为根据本发明实施例的吸波材料制备方法的流程图。

图2为在酸洗前后包含片状三氧化铁的反应产物的xrd图谱；

图3a和图3b为根据本发明实施例的方法制备的片状三氧化二铁的扫描电镜照片；

图4为根据本发明实施例的方法制备的片状铁粉的xrd图谱；

图5为根据本发明实施例的方法制备的片状铁粉的扫描电镜照片。

图6为根据本发明实施例的方法制备的片状铁粉的频率反射损耗关系曲线。

具体实施方式

以下将参照附图更详细地描述本发明的各种实施例。在各个附图中，相同的元件采用相同或类似的附图标记来表示。为了清楚起见，附图中的各个部分没有按比例绘制。

图1为根据本发明实施例的吸波材料制备方法的流程图。该方法包括采用液相合成法形成片状三氧化二铁粉，以及采用氢热还原法形成片状铁粉。

以下的步骤s01至s04中描述了形成片状三氧化二铁粉的方法。

在步骤s01中，形成包括反应原料的混合溶液。例如，将水与聚乙二醇(分子量400～1000)以一定的体积比(5∶1～1∶1)混合均匀(溶液总体积为40ml)，然后向该混合溶液中加入1～10gfe(no3)3·9h2o、0.05～0.5gba(no3)2和0.5～5gnaoh，将溶液搅拌20min～1h，从而形成混合溶液。

在步骤s02中，将所述混合溶液进行液相合成反应。例如，将混合溶液放入水热反应釜中，在160～220℃温度下加热10～50h，然后降至室温，取出反应产物。

在步骤s03中，将反应后的反应产物进行酸洗除杂。例如，将其放入浓度为0.5～5mol/l的盐酸中10～30h，除去产物中的杂质baco3。

在步骤s04中，在酸洗除杂之后进行清洗干燥。例如，将反应产物用水和乙醇洗涤、离心、干燥后，即得片状三氧化二铁。

图2为在酸洗前后包含片状三氧化铁的反应产物的xrd图谱，其中曲线a和b分别示出在步骤s03(即酸洗)之前和之后的反应产物的xrd图谱。在步骤s03之前，反应产物为fe2o3和baco3的混合物。在步骤s03之后，反应产物中去除了baco3，仅保留fe2o3。因而，酸洗提高fe2o3的纯度。

图3a和图3b为根据本发明实施例的方法制备的片状三氧化二铁的扫描电镜照片，其中图3b的放大倍数大于图3a。如图所示，该方法形成的片状三氧化二铁，形状为六边形，边长约为5μm，厚度约为500nm～1000nm。

在形成片状三氧化二铁之后，进一步执行以下的步骤s05，以形成片状铁粉。

在步骤s05中，将所述第一粉末进行氢热还原反应，以获得片状铁粉。例如，将液相法合成得到的片状三氧化二铁粉放入管式炉中，在氢气气氛下以350℃～900℃的温度加热0.5～10h，然后，取出反应物。该反应物即片状铁粉。

图4为根据本发明实施例的方法制备的片状铁粉的xrd图谱。在步骤s05之后，反应产物为fe。

图5为根据本发明实施例的方法制备的片状铁粉的扫描电镜照片。氢热还原得到的片状铁粉基本保持了片状三氧化二铁的形状和尺寸，片状铁粉的形状为六边形，边长约为5μm。通过原子力显微镜测试可知，片状铁粉的厚度约为500nm～1000nm。

优选地，在步骤s06中，进行弱酸腐蚀，以减小片状铁粉的尺寸。例如，通过将片状铁粉放入到具有一定浓度的氢氟酸、草酸等弱酸溶液中，可以改变片状铁粉的尺寸。增加弱酸溶液的浓度或增加弱酸刻蚀的时间，都可以使得片状铁粉的尺寸越来越小。通过控制弱酸溶液的浓度或弱酸刻蚀的时间，片状铁粉的边长可以在500nm～5μm之间进行调节，而其厚度可以在50nm～1000nm之间进行调节。

图6为根据本发明实施例的方法制备的片状铁粉的频率反射损耗关系曲线。采用上述的片状铁粉制备吸波涂层，然后测量不同频率下的反射损耗。该吸波涂层的吸收峰位置对应于有效吸收带，受到涂层厚度和片状铁粉的尺寸的影响。

当片状铁粉的边长为5μm时，其吸波涂层的厚度为1.1mm时，反射损耗可达-15db,其有效吸收带位于(＜-10db)位于12～17ghz。当吸波涂料的厚度增加时，吸波峰的位置向低频方向移动。当吸波涂料的厚度在0.9～3mm之间时，小于-10db的反射损耗可在3.6～18ghz的范围内观测到。

通过改变片状铁粉的尺寸可以调节吸收峰的位置。当片状铁粉的边长减小时，相同铁粉质量分数下的吸波涂层的吸收峰的位置向高频方向移动。上述结果说明，基于上述方法制备的片状铁粉的吸波涂料具有优异的吸波性能，表明上述方法制备的片状铁粉是优良的波的吸收剂。

根据本发明的另一方面，提供一种吸波涂料。吸波涂料至少包括成膜物质和吸收剂，此外还可以包括添加剂和溶剂，其中，成膜物质例如是树脂，吸收剂例如为片状铁粉。例如，所述的成膜物质为：环氧树脂，聚氨酯，氯磺化聚乙烯等。吸收剂例如为铁氧体、金属粉、多晶/非晶纤维等。该吸波涂料利用片状吸波材料作为吸收剂，由于片状吸波材料的二维结构的形状各向异性，可以突破snoek极限从而在ghz频段内具有较高的磁导率，因此而获得优异的电磁波吸收性能。

应当说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

最后应说明的是：显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。