一种核壳结构的坡莫合金磁性纳米吸波材料及其制备方法与流程

本发明属于磁性纳米吸波材料领域，具体涉及一种核壳结构的坡莫合金磁性纳米吸波材料及其制备方法。

背景技术：

吸波材料在民用和军事上都有着重要的应用价值。在军用方面，吸波材料又被称为隐身材料，在各类兵工产品中将有着广泛的应用，例如隐身飞机、隐形舰艇等；在民用方面，飞速发展的电子技术给人类生活带来了极大的同时也带来了电磁污染，而吸波材料对于电磁波的吸收特性可以有效地解决电磁污染问题。

从损耗机理来看，吸波材料主要分为磁性吸波材料和介电型吸波材料。目前，磁性吸波材料主要有铁氧体磁性吸波材料、金属微粉磁性吸波材料、多晶金属纤维磁性吸波材料和纳米磁性吸波材料等。其中纳米材料独特的结构使其具有量子效应、小尺寸效应和界面效应等，因此纳米磁性吸波材料不仅具有较好的电磁波吸收特性，而且具有涂层薄，有效吸收频带宽等优势。

坡莫合金由于具有高的磁导率，因而在电子元器件领域得到了广泛应用。高磁导率对应的通常是高的磁损耗特性，因此有关坡莫合金吸波性能的报道、或以其作为屏蔽材料的应用逐渐增多。但是有关坡莫合金磁性粉末的制备，较多采用的是机械化合金球磨的办法，通过改变粉末的形态，达到提高吸波性能的目的。在坡莫合金复合材料研究方面，有研究者尝试采用石墨烯复合、碳纳米管复合等工艺方法；或以坡莫合金为内核在外沉积氧化物作为壳，形成核壳结构，从而提高材料的吸波性能。

综上考虑，本发明以高磁导率的坡莫合金磁性纳米粉作为内核，采用氧化热处理的方法，形成氧化物包裹磁性合金内核的纳米复合结构。该材料具备了坡莫合金高磁导率的优点、纳米材料尺寸效应的长处以及核-壳结构的特点，综合兼顾多重因素，以提高材料的吸波性能。且因为经过氧化热处理后，在材料的外表面形成了氧化层，提高了材料的稳定性及抗腐蚀性，更有益于其实际应用及工业化生产要求，因此核壳结构的坡莫合金磁性纳米吸波材料具有较好的发展前景及应用价值。

技术实现要素：

本发明提供了一种核壳结构的坡莫合金磁性纳米吸波材料及其制备方法。首先采用等离子体纳米粉制备技术制备得到坡莫合金磁性纳米颗粒，然后采用氧化热处理的方法，制备得到的核壳结构的磁性纳米颗粒。通过该工艺方法制备得到的吸波材料集坡莫合金的高磁导率、纳米材料的尺寸效应以及核-壳结构的优点，较大地提升了材料的吸波性能。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种核壳结构的坡莫合金磁性纳米吸波材料，所述核壳结构的坡莫合金磁性纳米吸波材料的内核分子式的化学计量比为质量百分比，其中，ni为79～82、fe为11～16、mo为2～10，上述三组分的百分比之和为100。

进一步的，上述技术方案中，所述核壳结构的坡莫合金磁性纳米吸波材料的内核分子式的化学计量比为质量百分比，其中，ni为82、fe为16、mo为2。

进一步的，本发明提供了上述核壳结构的坡莫合金磁性纳米吸波材料的制备方法，包括以下步骤：

s1、配料：以纯度≥99.9％的ni、fe、mo单质为原料，按质量百分比ni79～82、fe11～16、mo2～10进行配料；

s2、熔炼：将步骤s1中配好的料在氩气保护下在高真空中频感应炉中熔炼；

s3、均匀化处理：将步骤s2中获得铸锭，在真空的条件下，在1000℃～1100℃温度退火24～48小时；

s4、纳米粉制备：将步骤s3所得铸锭在直流电弧等离子体纳米粉制备系统中制备纳米粉，采用的气氛为氩气+氢气，氢气所占的体积比例为20％～40％；

s5、钝化处理：待步骤s4所得的纳米粉沉积后，将直流电弧等离子体纳米粉制备系统的腔体抽至真空状态，再充入氩气至气压达到50kpa，然后每隔30分钟充一次干燥空气，每次将气压提升5kpa，直至达到一个大气压；钝化一段时间后，收集得到坡莫合金磁性纳米粉末；

s6、氧化热处理：将步骤s5所得坡莫合金磁性纳米粉末放入工业气氛烧结炉中并通入干燥的空气，在230～270℃的温度下保温0.5～3.5小时。

进一步的，上述技术方案中，步骤s3中均匀化退火的温度为1050℃，保温时间为36小时。

进一步的，上述技术方案中，步骤s4中制备纳米粉时所采用的气氛配比为氢气30％。

进一步的，上述技术方案中，步骤s4在直流电弧等离子体纳米粉制备系统中制备纳米粉时所采用的稳弧电流为60～100a。

进一步的，上述技术方案中，步骤s5钝化处理的时间为8～10小时。

进一步的，上述技术方案中，步骤s6氧化热处理的时间的温度为250℃，保温时间为1.5小时。

检测步骤s6所得核壳结构的坡莫合金磁性纳米吸波材料的电磁参数并计算反射率r。

优选地，上述技术方案中，所述检测方法为：将核壳结构的坡莫合金磁性纳米粉体和石腊按照质量比4：1的比例混合，制成外径和内径分别为7mm和3mm、厚度为3mm左右的同轴试样；利用检测仪器为agilentpna-l5230c矢量网络分析仪进行测量，分别测量试样在1-18ghz频段上的复磁导率和复介电常数，单层吸波材料的反射率r采用下式计算模拟。

式(1)中，εr、μr和d分别为吸波材料的复介电常数、复磁导率和厚度，f为电磁波的频率，c为电磁波在真空中的传播速度，j为虚数单位。

与现有技术相比，本发明具有的优点和积极效果是：

本发明制备得到的核壳结构的坡莫合金磁性纳米吸波材料兼具了坡莫合金的高磁导率、纳米材料的尺寸效应以及核-壳结构的优点，有效地提高了材料的吸波性能。因为经过氧化热处理后，在材料的外表面形成了氧化层，氧化层的形成会带来两个方面的有益效果：一方面优化了材料的阻抗匹配；另一方面提高了材料的稳定性及抗腐蚀性，更有益于其实际应用及工业化生产要求，因此核壳结构的坡莫合金磁性纳米吸波材料具有较好的发展前景及应用价值。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明的制备方法工艺流程图。

图2是本发明中坡莫合金磁性纳米吸波材料的x射线衍射图。

图3是本发明中核壳结构的坡莫合金磁性纳米吸波材料的透射电镜图。

图4是本发明中坡莫合金磁性纳米材料氧化热处理前后的吸波性能对比图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

以下实施例中所有使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。以下实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可通过商业途径获得。

实施例1

(1)配方：

ni82fe16mo2(质量百分比)

(2)制备方法：

步骤1：以纯度≥99.9％的ni、fe、mo单质为原料，按质量百分比ni82、fe16、mo2进行配料；

步骤2：将配好的料在氩气保护下在高真空中频感应炉中熔炼；

步骤3：将步骤2中获得的铸锭，在真空的条件下，在1050℃温度下均匀化退火36小时；

步骤4：将步骤3中均匀化热退火后的铸锭，在直流电弧等离子体纳米粉制备系统中制备碳包覆核-壳结构的纳米粉。采用的气氛配比为氩气80％、氢气20％。首先采用38a的小电流起弧，等稳定后再将电流逐渐增大至80a，并观察样品的熔融状态。

步骤5：待步骤4中所得纳米粉沉积后，将直流电弧等离子体纳米粉制备系统的腔体抽至10^-1kpa左右的低真空状态，再充入氩气至腔体的气压达到50kpa，然后每隔30分钟充入一次干燥空气，每次将气压提升5kpa，直至腔体内部的气压达到一个大气压。钝化9个小时后，收集得到收集得到坡莫合金磁性纳米粉末。

步骤6：将步骤5中所得坡莫合金磁性纳米粉末放入工业气氛烧结炉中并通入干燥的空气，在250℃的温度下保温1.5小时。

(3)检测表征：

采用panalytical-empyrean型x射线衍射仪，对步骤6所得纳米粉的相组成进行表征；

采用tecnaig2-20型透射电子显微镜对步骤6所得纳米粉的形貌特征6进行表征；

采用agilentpna-l5230c矢量网络分析仪测试材料的电磁参数并计算反射率。以步骤5钝化后的纳米粉和石蜡按照质量比4：1的比例混合，制成外径和内径分别为7mm和3mm，厚度为2.5mm左右的同轴试样。测量试样在1-18ghz频段上的复磁导率和复介电常数，所述单层吸波材料的反射率r采用下式计算模拟。

式(1)中，εr、μr和d分别为吸波材料的复介电常数、复磁导率和厚度，f为电磁波的频率，c为电磁波在真空中的传播速度，j为虚数单位。

实施例2

(1)配方：

ni79fe16mo5(质量百分比)

(2)制备方法：

实施例2与实施例1的不同之处在于将实施例1的步骤4中的气氛配比调整为氩气70％、氢气30％，其他方案与实施例1相同。

实施例3

(1)配方：

ni79fe14mo7(质量百分比)

(2)制备方法：

实施例3与实施例1的不同之处在于将实施例1的步骤4中的气氛配比调整为为氩气60％、氢气40％，其他方案与实施例1相同。

实施例4

(1)配方：

ni82fe16mo2(质量百分比)

(2)制备方法：

实施例4与实施例1的不同之处在于将实施例1的步骤6中的氧化热处理温度调整为230℃，保温时间调整为3.5小时。其他方案与实施例1相同。

实施例5

(1)配方：

ni82fe16mo2(质量百分比)

(2)制备方法：

实施例5与实施例1的不同之处在于将实施例1的步骤6中的氧化热处理温度调整为270℃，保温时间调整为0.5小时。其他方案与实施例1相同。

实验结果：

采用等离子体纳米粉制备技术以及氧化热处理方法制备得到了具有核壳结构的坡莫合金磁性纳米吸波材料，该材料兼具了坡莫合金的高磁导率、纳米材料的尺寸效应以及核-壳结构的优点，有效地提高了材料的吸波性能。

通过panalytical-empyrean型x射线衍射仪，cu靶收集得到的化合物的x射线衍射数据，如图2所示。图中可见主要相组成为feni3相，经过氧化热处理后，出现了少量的nio相。

通过tecnaig2-20型透射电子显微镜表征样品的形貌特征，如图3所示。从图3中可见，经过氧化热处理后，坡莫合金磁性纳米颗粒展现出明显的核-壳结构形貌。

通过agilentpna-l5230c矢量网络分析仪测试材料得到的复磁导率和复介电常数，所述单层吸波材料的反射率r采用下式计算模拟。

式(1)中，εr、μr和d分别为吸波材料的复介电常数、复磁导率和厚度，f为电磁波的频率，c为电磁波在真空中的传播速度，j为虚数单位。计算得到氧化热处理前后的坡莫合金磁性纳米材料的反射率对比如图4所示。从图中可见，当吸波涂层厚度d＝2.5mm时，氧化热处理前反射率都大于-10db；而经过氧化热处理后，具有核壳结构的坡莫合金磁性纳米材料的反射率最小值达到-60.2db，反射率小于-20db的吸收带宽达到了2.7ghz，吸波性能得到了显著提升。