一种铁氧体-碳纳米管复合吸波材料及其制备方法与流程

本发明涉及吸波材料领域，具体是涉及一种铁氧体-碳纳米管复合吸波材料及其制备方法。

背景技术：

目前，随着电子技术的高速发展，电子、电气设备或其他信息系统已经越来越广泛的应用在人们的日常生产、生活的各个领域。电子设备的广泛应用和发展，在给人们生活带来很大便利的同时，其电磁辐射对人类健康和赖以生存的环境也产生了很大的影响。随着电子产品正朝着高频化、高度集成化、微型化方向发展，电子产品的电磁兼容和电磁干扰问题越来越突出，因此对于吸波材料的电磁噪音抑制能力提出了更高的要求(薄、轻、宽、强)。

铁氧体是一种双复介电材料，既有亚铁磁性又有介电特性，它的介电性是由于分子的自极化效应引起的，而磁性则是材料的自然共振所致，其中自然共振是铁氧体吸波材料的主要吸波机制。铁氧体的吸波性能好，频带较宽且价廉易得，但其缺点是吸收效率较低、密度大、温度稳定性较差，并且在微波波段内，铁氧体的介电常数实部可调整的范围不大，介电损耗一般较小，对匹配频率只有在厚度匹配的情况下才能做到无反射吸收，存在电磁参数匹配困难，吸波性能提高和吸收频带扩展受限不能满足理想吸波材料“薄、轻、宽、强”等要求，使其在电磁波吸收材料领域的应用受到了限制。

技术实现要素：

本发明的目的是为了克服上述背景技术的不足，提供了一种铁氧体-碳纳米管复合吸波材料及其制备方法。

申请人发现铁氧体在微波波段磁导率和介电常数都较小，而且其磁导率和介电常数难以接近，因而单一的铁氧体材料无法同时满足吸收波段宽、涂层厚度薄和面密度小的要求。而碳纳米管是由碳原子组成，似石墨原子层弯曲成管状结构的新型碳材料，结构独特，具有导电率高、高温抗氧化性能强、稳定性好、质量轻、吸波性能好以及机械强度高等优点。将强吸收磁损耗型铁氧体吸波材料和质量轻介电损耗型碳纳米管吸波材料进行复合，由于碳层的保护，可以改善铁氧体的高温特性，而且在密度、稳定性、加工性以及应用性能等方面都得到了较好的改善。在本发明中，申请人通过改变复合材料各组分的相对含量、配方以及制备工艺，依靠调控复合材料的电磁参数来拓宽复合物的吸波频段以及吸收效率，得到了本发明新型的理想吸波材料。

为实现本发明的目的，本发明的复合吸波材料包含碳纳米管层和铁氧体层，通过调整复合吸波材料中碳纳米管层和铁氧体层的层数、厚度、配方以及制备工艺以调控材料的吸波性能。

在本发明的一些实施例中，优选的，所述碳纳米管层为5层，铁氧体层为5层，或者碳纳米管层为3层，铁氧体层为7层，或者碳纳米管层为6层，铁氧体层为4层。

进一步的，按重量百分含量计算，所述铁氧体层包含5％-17％的高分子粘结剂，80％-92％的铁氧体，小于或等于3％的助剂；所述碳纳米管层包含8％-20％的高分子粘结剂，75％-87％的碳纳米管，小于或等于5％的助剂。

进一步的，所述高分子粘结剂为高分子聚合物，可以选自聚氨酯、聚乙烯醇缩丁醛、聚乙烯醇缩乙醛、乙基纤维素和乙酸丁酸纤维素中的一种或多种。

在本发明的一些实施例中，所述碳纳米管为工业级的多壁碳纳米管，该碳纳米管外径>50nm，纯度为90wt％，长度为10-20μm。

进一步的，所述铁氧体包括锰锌铁氧体、镍锌铁氧体或钡铁氧体中的一种或多种。

进一步的，所述助剂包括分散剂、固化剂以及固化催化剂中的一种或多种。

优选的，所述铁氧体为球形，直径为300-3000nm。

在本发明的一些实施例中，所述助剂中分散剂、固化剂和固化催化剂，三者质量比为(1-4)：(5-8)：1。

更进一步的，本发明还提供了一种上述铁氧体-碳纳米管复合吸波材料的制备方法，该方法包括以下步骤：

(1)首先按比例将高分子粘结剂、碳纳米管、溶剂及其它助剂混合均匀，再通过流延工艺将混合物制成单层碳纳米管薄片型材料；

(2)按比例将高分子粘结剂、铁氧体、溶剂及其它助剂混合均匀，再通过流延工艺将混合物制成单层铁氧体薄片型材料；

(3)分别取m层碳纳米管层和n层铁氧体层进行叠压热处理，最终获得如前所述的双层碳纳米管/铁氧体复合吸波材料。

在本发明的一些实施例中，所述铁氧体层单层厚度为0.07-0.13mm，优选0.10mm；所述碳纳米管层单层厚度为0.07-0.13mm，优选0.10mm。

进一步的，所述步骤(3)中m≥1，n≥1。

在本发明的一些实施例中，优选的，当m＝5时，n＝5；当m＝3时，n＝7；当m＝6时，n＝4。

本发明所述方法中，所述的溶剂不限，要求能够良好的溶解粘结剂以及其它助剂，并且尽可能选用环保溶剂。

本发明所述方法中，并不对所述叠压热处理中的热压温度、压力及时间作限定，只要求各层能够紧密结合，同时吸波材料固化充分。

本发明提出的铁氧体-碳纳米管复合吸波材料及其制备方法有如下特点：

本发明提出的复合吸波材料及其制备方法有如下特点：

(1)与传统的单组分铁氧体吸波材料相比，引入碳纳米管层，由于碳层的保护，可以改善铁氧体的高温特性，而且在密度、稳定性、加工性以及应用性能都得到了较好的改善，复合吸波材料的吸收频带更宽，吸波性能更佳。

(2)本发明中采用的制备方法简单，工艺易于控制，有利于大规模生产，并且对铁氧体层进行充分热压处理，可以保证吸波材料各层之间实现紧密的结合，避免产生气隙，吸波材料的吸波性能更加优异，同时易于实现厚度的精确控制。

(3)本发明中采用的碳纳米管为碳系材料，密度非常低，因此，本发明中的吸波材料的密度比传统的铁氧体吸波材料密度低很多，更加适合于对吸波材料重量要求严格的场合。

附图说明

图1是本发明铁氧体-碳纳米管复合吸波材料的结构；

其中，1代表碳纳米管层，2代表铁氧体层，m和n都大于或等于1。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。应当理解，以下描述仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本文中所用的术语“包含”、“包括”、“具有”、“含有”或其任何其它变形，意在覆盖非排它性的包括。例如，包含所列要素的组合物、步骤、方法、制品或装置不必仅限于那些要素，而是可以包括未明确列出的其它要素或此种组合物、步骤、方法、制品或装置所固有的要素。

当量、浓度、或者其它值或参数以范围、优选范围、或一系列上限优选值和下限优选值限定的范围表示时，这应当被理解为具体公开了由任何范围上限或优选值与任何范围下限或优选值的任一配对所形成的所有范围，而不论该范围是否单独公开了。例如，当公开了范围“1至5”时，所描述的范围应被解释为包括范围“1至4”、“1至3”、“1至2”、“1至2和4至5”、“1至3和5”等。当数值范围在本文中被描述时，除非另外说明，否则该范围意图包括其端值和在该范围内的所有整数和分数。

本发明要素或组分前的不定冠词“一种”和“一个”对要素或组分的数量要求(即出现次数)无限制性。因此“一个”或“一种”应被解读为包括一个或至少一个，并且单数形式的要素或组分也包括复数形式，除非所述数量明显只指单数形式。

此外，下面所描述的术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不是必须针对相同的实施例或示例。

而且，本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

实施例1

如图1所示，铁氧体-碳纳米管复合吸波材料为碳纳米管层和铁氧体层的双层结构。通过调整复合吸波材料中碳纳米管层和铁氧体层的层数、厚度、配方以及工艺以调控材料的吸波性能。

(1)所述铁氧体层成分及重量百分含量为：

高分子粘结剂：10％

镍锌铁氧体磁粉：88％

助剂：2％

所述高分子粘结剂为聚氨酯，要求能够满足吸波材料流延工艺要求。

所述铁氧体为niznfe2o4，镍锌铁氧体为球形，直径为300-1500nm。

所述助剂包括分散剂、聚氨酯固化剂和固化催化剂，二者质量比为1:8:1。

所述镍锌铁氧体单层厚度为0.10mm。

(2)所述碳纳米管层成分及重量百分含量为：

高分子粘结剂：15％

碳纳米管：80％

助剂：5％

所述高分子粘结剂为聚乙烯醇缩丁醛，要求能够满足吸波材料流延工艺要求。

所述碳纳米管为工业级的多壁碳纳米管，该碳纳米管外径>50nm，纯度为90wt％，长度为10-20μm

所述助剂包括分散剂磷酸酯。

所述碳纳米管单层厚度为0.10mm。

制备方法：

按比例将高分子粘结剂、碳纳米管、溶剂及其它助剂混合均匀，再通过流延工艺将混合物制成单层厚度为0.10mm碳纳米管薄片型材料。按比例将高分子粘结剂、铁氧体、溶剂及其它助剂混合均匀，再通过流延工艺将混合物制成单层厚度为0.1mm铁氧体薄片型材料。分别取5层碳纳米管层和5层铁氧体层进行叠压热处理，最终获得厚度为0.5mm的铁氧体-碳纳米管复合吸波材料。

所述的叠压热处理是将铁氧体层和碳纳米管层叠放在一起，再进行热压成型。热压温度为120℃，热压压力为40mpa，时间为6分钟，铁氧体层和碳纳米管层能够紧密结合，并且固化充分。

对比实例1-1

本实例为实施例1的对比实例。

选择实施例1中碳纳米管层的原料及配比，按照实施例1中的碳纳米管层制备工艺取10层碳纳米管薄片型材料热压制备厚度为0.5mm的碳纳米管吸波材料。

对比实例1-2

本实例为实施例1的对比实例。

选择实施例1中铁氧体层的原料及配比，按照实施例1中的铁氧体层制备工艺取10层铁氧体薄片型材料热压制备厚度为0.5mm的铁氧体吸波材料。

实施例2

如图1所示，铁氧体-碳纳米管复合吸波材料为碳纳米管层和铁氧体层的双层结构。通过调整复合吸波材料中碳纳米管层和铁氧体层的层数、厚度、配方以及工艺以调控材料的吸波性能。

(1)所述铁氧体层成分及重量百分含量为：

高分子粘结剂：8％

锰锌铁氧体磁粉：90％

助剂：2％

所述高分子粘结剂为乙基纤维素，要求能够满足吸波材料流延工艺要求。

所述铁氧体为mnznfe2o4，锰锌铁氧体为球形，直径为500-2000nm。

所述助剂包括分散剂、固化剂和固化催化剂，二者质量比为2:7:1。

所述锰锌铁氧体单层厚度为0.10mm。

(2)所述碳纳米管层成分及重量百分含量为：

高分子粘结剂：15％

碳纳米管：80％

助剂：5％

所述高分子粘结剂为聚氨酯，要求能够满足吸波材料流延工艺要求。

所述碳纳米管为工业级的多壁碳纳米管，该碳纳米管外径>50nm，纯度为90wt％，长度为10-20μm。

所述助剂包括分散剂、固化剂和固化催化剂，二者质量比为3:6:1。

所述碳纳米管单层厚度为0.10mm。

制备方法：

按比例将高分子粘结剂、碳纳米管、溶剂及其它助剂混合均匀，再通过流延工艺将混合物制成单层厚度为0.10mm碳纳米管薄片型材料。按比例将高分子粘结剂、铁氧体、溶剂及其它助剂混合均匀，再通过流延工艺将混合物制成单层厚度为0.1mm铁氧体薄片型材料。分别取3层碳纳米管层和7层铁氧体层进行叠压热处理，最终获得厚度为0.5mm的双层碳纳米管/铁氧体复合吸波材料。

所述的叠压热处理是将铁氧体层和碳纳米管层叠放在一起，再进行热压成型。热压温度为150℃，时间为4分钟，热压压力为50mpa，铁氧体层和碳纳米管层能够紧密结合，并且固化充分。

对比实例2

本实例为实施例2的对比实例。

选择实施例2中碳纳米管层和铁氧体层的原料及配比，按照实施例2中的吸波层制备工艺制备取4层碳纳米管层和6层铁氧体层制备厚度为0.50mm的复合吸波材料。

实施例3

如图1所示，铁氧体-碳纳米管复合吸波材料为碳纳米管层和铁氧体层的双层结构。通过调整复合吸波材料中碳纳米管层和铁氧体层的层数、厚度、配方以及工艺以调控材料的吸波性能。

(1)所述铁氧体层成分及重量百分含量为：

高分子粘结剂：17％

钡铁氧体磁粉：80％

助剂：3％

所述高分子粘结剂为聚乙烯醇缩乙醛，要求能够满足吸波材料流延工艺要求。

所述铁氧体为bafe12o19，钡铁氧体为球形，直径为800—3000nm。

所述助剂包括分散剂、固化剂和固化催化剂，二者质量比为1:8:1。

所述钡铁氧体单层厚度为0.10mm。

(2)所述碳纳米管层成分及重量百分含量为：

高分子粘结剂：15％

碳纳米管：80％

助剂：5％

所述高分子粘结剂为聚乙烯醇缩丁醛，要求能够满足吸波材料流延工艺要求。

所述碳纳米管为工业级的多壁碳纳米管，该碳纳米管外径>50nm，纯度为90wt％，长度为10-20μm

所述助剂包括分散剂、固化剂和固化催化剂，二者质量比为4:5:1。

所述碳纳米管单层厚度为0.10mm。

制备方法：

按比例将高分子粘结剂、碳纳米管、溶剂及其它助剂混合均匀，再通过流延工艺将混合物制成单层厚度为0.10mm碳纳米管薄片型材料。按比例将高分子粘结剂、铁氧体、溶剂及其它助剂混合均匀，再通过流延工艺将混合物制成单层厚度为0.1mm铁氧体薄片型材料。分别取6层碳纳米管层和4层铁氧体层进行叠压热处理，最终获得厚度为0.5mm的双层碳纳米管/铁氧体复合吸波材料。

所述的叠压热处理是将铁氧体层和碳纳米管层叠放在一起，再进行热压成型。热压温度为135℃，热压压力为50mpa，时间为8分钟，铁氧体层和碳纳米管层能够紧密结合，并且固化充分。

对比实例3

本实例为实施例3的对比实例。

选择实施例3中碳纳米管层和铁氧体层的原料及配比，按照实施例3中的吸波层制备工艺制备取8层碳纳米管层和2层铁氧体层制备厚度为0.50mm的复合吸波材料。

分别对实施例和对比实例所制备的贴片进行吸波性能(反射损耗)和密度进行测试，测试结果如表1所示：

表1吸波性能(反射损耗)和密度测试结果

由表1可以看出，与传统的单组分碳纳米管或者铁氧体吸波材料相比，本发明制备的复合吸波材料的吸波性能显著提高，并且吸波频带加宽，同时复合材料的密度较单组分铁氧体显著降低，有利于电子产品及其元器件的轻量化，市场前景更广泛。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。