一种非晶态铁硼合金电磁吸波材料及其制备方法与流程

本发明涉及一种非晶态铁硼合金电磁吸波材料，还涉及上述非晶态铁硼合金电磁吸波材料的制备方法，属于微波吸收材料技术领域。

背景技术：

随着电磁波电路器件的迅速普及和应用，各种先进电子器件引起的电磁干扰问题在民用和军用领域都引起了极大的关注。为了解决电磁干扰问题，有效的解决方法是采用电磁波吸收材料来吸收不良电磁波。电磁吸波材料应具有重量轻、吸收能力强、厚度薄、吸收频带宽、热稳定性高等特点。近年来，包括fe、co、ni及其合金在内的软磁材料因其优异的磁性、催化性、光学性能而引起了许多研究者的广泛关注，使其在信息存储、催化、生物医学等领域得到了广泛的应用。此外，这些软磁金属材料由于具有较高的饱和磁化强度和较高的snoek极限，使其在高频范围内也被用于电磁衰减领域。与铁氧体等软磁氧化物材料相比，铁、钴、镍等软磁金属材料及其合金通常具有更合适的磁导率和更高的磁损耗的值。然而，传统的磁性金属材料通常具有很高的电导率，这就导致了非常大的介电常数，从而导致阻抗不匹配。这样，电磁波的吸收能力就会衰减，这将大大限制其应用。另一方面，对于磁性金属材料，高频电磁波引起的涡流会降低其磁导率，降低其电磁衰减性能。因此研制一种既可以限制涡流效应，又能效降低其电导率值，改善阻抗匹配条件的电磁吸波材料的开发很有必要。

技术实现要素：

发明目的：本发明所要解决的技术问题是提供一种非晶态铁硼合金电磁吸波材料，该电磁吸波材料为非晶态纳米颗粒，一方面其具有低的电导率和低的介电常数，从而改善了填充有本发明电磁吸波材料的复合材料的阻抗匹配条件，进而提高复合材料对电磁波的吸收能力；另一方面由于吸波材料的电导率低，因此其在高频电磁波下发生涡流效应的概率低，从而不会抑制电磁吸波材料的磁导率，使吸波材料始终具有高的磁导率，从而使复合材料具备高的微波衰减性能。

本发明还要解决的技术问题是提供上述非晶态铁硼合金电磁吸波材料的制备方法，该制备方法工艺简单，无需复杂的合成设备，不需使用剧毒的有机溶剂，可规模化大批量生产。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案为：

一种非晶态铁硼合金电磁吸波材料，该铁硼合金吸波材料中，晶粒呈球型结构，晶粒为非晶态。

其中，铁硼合金吸波材料中，晶粒表面光滑、分布均匀；晶粒的粒径为80～100nm。

上述非晶态铁硼合金电磁吸波材料的制备方法，在但其气氛下，将铁盐溶液和硼氢化钠置于冰浴条件下进行反应，分离出反应后得到的沉淀，将沉淀干燥后得到非晶态铁硼合金电磁吸波材料。

上述非晶态铁硼合金电磁吸波材料的制备方法，具体包括如下步骤：

步骤1，在氮气气氛下，将铁盐溶解于thf中，得到混合物料a；

步骤2，往混合物料a中加入nabh4，两者在冰浴条件下进行反应；

步骤3，离心收集反应后的沉淀，将收集的沉淀清洗数次，清洗后干燥得到非晶态铁硼合金电磁吸波材料。

与现有技术相比，本发明技术方案具有的有益效果为：

本发明非晶态铁硼合金电磁吸波剂中的非晶态磁性纳米颗粒是球型纳米颗粒，表面光滑，颗粒分散均匀，磁性纳米颗粒是非晶态，因此纳米颗粒的导电性较低，介电常数相应较低，从而介电和磁损耗值有很好的匹配，可以使填充有本发明电磁吸波材料的复合材料获得较好的阻抗匹配条件，进而使复合材料具有较好的电磁波吸收性能；另外，非晶态的磁性纳米颗粒能够限制涡流效应，使磁性纳米颗粒始终具有高的磁导率，从而使材料具有高的微波衰减性能；本发明制备方法工艺简单、成本低，无需复杂的合成设备，不需使用剧毒的有机溶剂，可实现规模化大批量生产。

附图说明

图1为本发明实施例1制得的非晶态铁硼合金纳米颗粒的x射线衍射图谱；

图2为本发明实施例1制得的非晶态铁硼合金纳米颗粒的sem照片；

图3为实施例1制得的非晶态铁硼合金纳米颗粒的tem照片；

图4为实施例1制得的非晶态铁硼合金纳米颗粒的单个颗粒的hrtem照片；

图5为本发明实施例1制得的非晶态铁硼合金纳米颗粒的磁滞回线图；

图6为实施例1制得的非晶态铁硼合金纳米颗粒的复介电常数与频率的关系曲线图；

图7为实施实例1制得的非晶态铁硼合金纳米颗粒的复磁导率与频率的关系曲线图；

图8为实施例1制得的非晶态铁硼合金纳米颗粒的反射损耗图；

图9为实施例1制得的非晶态铁硼合金纳米颗粒的阻抗匹配图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的技术方案做进一步说明，但是本发明要求保护的范围并不局限于此。

本发明方法中，原料硫酸亚铁(feso4)、四氢呋喃(thf)和硼氢化钠(nabh4)等试剂均为分析级试剂，无需进一步纯化，在氮气气氛下，在干燥的三口烧瓶中制备铁硼合金纳米颗粒。

实施例1

本发明非晶态铁硼合金电磁吸波材料的制备方法，具体包括如下步骤：

步骤1，将2.7802gfeso4溶解于20mlthf(四氢呋喃，作为反应体系的稳定剂)中，于室温下搅拌30分钟，当溶液混合搅拌均匀后，得到混合物料a，将混合物料a倒入三口烧瓶中；

步骤2，为了控制反应溶液的温度是0℃，将三口烧瓶置于冰浴中反应，往混合物料a中加入0.3783gnabh4反应两小时，加入nabh4后溶液中出现黑色沉淀；反应必须在低温环境下反应，才能得到晶粒为非晶态的电磁吸波材料；

步骤3，离心收集反应后生成的沉淀(黑色)，并用蒸馏水和乙醇清洗沉淀多次，清洗后将收集的沉淀置于30℃的真空干燥箱中干燥5小时，得到非晶态铁硼合金电磁吸波材料。

实施例2

反应条件对本制备方法具有重要影响，不同的反应条件，对最终产物结构以及性能的影响：

步骤1，将2.7802gfeso4溶解于20mlthf(四氢呋喃，作为反应体系的稳定剂)中，于室温下搅拌30分钟，当溶液混合搅拌均匀后，得到混合物料a，将混合物料a倒入三口烧瓶中；

步骤2，将三口烧瓶分别置于室温和50℃条件下反应，往混合物料a中加入0.3783gnabh4反应两小时；

步骤3，观察反应过程中的溶液变化，反应两小时后是否有黑色沉淀产生。

将反应物料置于室温和50℃条件下反应时，反应溶液只是变浑浊并没有沉淀产生，说明在其他反应温度下的生成物存在大片杂质，当温度在0℃时有黑色沉淀产生，说明形成了有良好分散性的非晶态铁硼球型合金纳米颗粒。

图1为本发明实施例1制得的铁硼合金纳米颗粒的x射线衍射图谱，从图1可以看出，无论是低角度还是高角度样品均未检测到明显的衍射峰，因此本发明方法所制备的铁硼合金纳米颗粒为非晶态。

图2为实施例1制得的非晶态铁硼合金纳米颗粒的sem照片，从图2可以看出，非晶态铁硼合金纳米颗粒为球型，颗粒均匀分布，颗粒表面光滑，晶粒粒径大约为80nm。

图3为实施例1制得的非晶态铁硼合金纳米颗粒的tem照片，从图3可以看出，非晶态铁硼合金纳米颗粒为实心球。

图4为实施例1制得的非晶态铁硼合金纳米颗粒的单个颗粒的hrtem照片，从图4可以看出，由于没有明显的衍射条纹，证明这些纳米粒子是非晶态的。

图5为实施例1制得的非晶态铁硼合金纳米颗粒的磁滞回线图，从图5可以看出，制备的铁硼合金纳米颗粒存在一定的磁滞回线，样品呈现铁磁行为。

图6为实施例1制得的非晶态铁硼合金纳米颗粒的复介电常数(填充度为30wt％；50wt％；70wt％)，从图6可以看出，看出复介电常数实部在5～8之间，虚部在0～2之间，处于较为理想的范围。复介电常数值随着复合材料填充比的增大而增大，说明高的填充比的复合材料的导电性增强。但由于其非晶态使其导电率仍比其他金属降了好几个数量级。

图7为实施实例1制得的非晶态铁硼合金纳米颗粒的复磁导率(填充度为30wt％；50wt％；70wt％)，从图7可以看出，复磁导率的实部在1.25～1.5之间，复磁导率的虚部在0.15～0.28之间。复磁导率随着频率的增加而下降并最终趋于稳定，在整个频率范围内，复磁导率也有明显提升，说明铁硼合金纳米颗粒引入了磁损耗机制。

图8为实施例1制得的非晶态铁硼合金纳米颗粒的反射损耗图(填充度为70wt％)。可以看到，非晶态铁硼合金纳米颗粒拥有优良的电磁吸收特性。在8mm厚度下，反射损耗峰值为-15db，有效吸收带宽范围可覆盖s波段。

图9为实施例1制得的非晶态铁硼合金纳米颗粒的阻抗匹配图(填充度为70wt％)。可以发现，复合材料的阻抗匹配接近于1，说明其有很好的阻抗匹配。

本发明制得的磁性纳米粒子具有均匀的球形结构和良好的分散特性，软磁性金属进入非晶态时，电导率降低，介质常数降低，阻抗匹配条件改善，微波衰减性能提高。本发明制得的软磁非晶态的铁硼纳米粒子有望成为一种在高频下应用的理想电磁波吸收材料，适用于大规模的工业化生产。