轻质Ba2Co2Fe

轻质ba2co2fe
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多孔铁氧体吸收剂的制备方法
技术领域
1.本发明涉及微波吸收技术领域，特别涉及一种轻质ba2co2fe
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22 (bcfo)铁氧体吸收剂的制备方法。


背景技术：

2.铁氧体因其较高的磁导率值和低廉的制备成本而成为最常用的微波吸收剂，具有吸收效率高、吸收频带宽和厚度薄等显著优点，在微波吸收领域具有良好的应用前景。但是，铁氧体比重大，使得部件的重量增加，限制了其在微波吸收领域的广泛应用。因此，在保证铁氧体良好吸波性能的同时降低铁氧体比重是铁氧体在微波吸收领域实现广泛应用亟待解决的关键问题。
3.制备多孔铁氧体是降低铁氧体比重以及提高其吸波性能的一条有效途径。多孔铁氧体一方面能降低材料的比重，另一方面多孔结构既能吸收电磁波又能偏转和散射电磁波，因此，多孔铁氧体能显著增强材料的吸波性能。
4.目前研究者们制备多孔铁氧体的方法主要有模板法。在以上方法中，采用碳微球作为硬模板制备多孔材料具有显著的优点，该制备过程安全无毒、工艺简单、成本较低并且不需要对模板进行表面处理。但是，碳系微球在作为模板时容易交联和团聚，限制了碳微球作为模板在实际合成过程中的应用。因此，选取合适的模板对多孔铁氧体的成功制备至关重要。
5.其实，在自然界中存在着许多令人惊奇、叹为观止的结构，例如多级有序组织结构，周期的纳米结构，这些特殊的形貌也使这些生物或材料具有了特殊的功能。以具有特殊结构的生物材料做为模板是合成可控的、独特的形貌结构材料的一种有效途径。以生物模板法合成具有特殊结构的材料的研究已有报道，但是以酵母细胞为模板剂合成多孔铁氧体的研究还鲜有报道。


技术实现要素：

6.发明目的：针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种轻质ba2co2fe
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多孔铁氧体吸收剂的制备方法，以天然酵母细胞为模板，硝酸钡、硝酸钴、硝酸铁为钡源、钴源、铁源，采用生物矿化原理和溶胶
‑
凝胶技术，制备轻质ba2co2fe
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多孔铁氧体吸收剂，实现轻质ba2co2fe
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多孔铁氧体吸收剂的低成本绿色环保制备，避免了复杂工艺以及大量溶剂的使用，减少了后续处理过程，经济环保。
7.技术方案：本发明提供了一种轻质ba2co2fe
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多孔铁氧体吸收剂的制备方法，包括以下步骤：s1：将干酵母粉进行活化得酵母细胞溶液；s2：将ba
2+
、co
2+
和fe
3+
的盐溶液依次加入到上述酵母细胞溶液中，不断搅拌使得ba
2+
、co
2+
和fe
3+
充分吸附在酵母细胞的表面，并通过生物矿化作用使得ba
2+
、co
2+
和fe
3+
在酵母细胞表面矿化，得到含有酵母溶液的均匀溶胶，然后加热去除溶剂得干凝胶；s3：热处理去除所述干凝胶中的酵母细胞，得轻质ba2co2fe
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多孔铁氧体吸收剂。
8.优选地，在所述s1中，所述干酵母粉的活化条件为干酵母(g)：无水葡萄糖(g)：水(ml)= 3~6: 0.8~1.2: 200~300；35~40℃水浴30 min。优选干酵母(g)：无水葡萄糖(g)：水(ml)=5:1:250，37℃水浴30 min。
9.优选地，在所述s2中，酵母细胞溶液的浓度为10g
·
l
‑1~30g
· l
‑1。优选10g
·
l
‑1, 20g
·
l
‑1, 30g
·
l
‑1。
10.优选地，在所述s2中，所述ba
2+
、co
2+
、fe
3+
的盐溶液为硝酸盐，硝酸钡、硝酸钴、硝酸铁按化学计量比加入，其中硝酸钡与干酵母粉的质量比在1.5~5.5之间，优选1.74，2.61，，5.2。
11.优选地，在所述s2中，所述ba
2+
、co
2+
、fe
3+
在酵母细胞表面的矿化时间为8~16 h。
12.优选地，在所述s2中，加热去除溶剂得所述干凝胶的加热温度为120~160 ℃，加热时间为8~14h。
13.优选地，在所述s3中，热处理的温度为1000~1100 ℃，时间为3~
‑
6 h。
14.原理及有益效果：本发明的制备原理如下：首先，采用一定的条件对干酵母进行活化处理得到酵母细胞溶液，然后将一定浓度的ba
2+
、co
2+
和fe
3+
的盐溶液依次加入到上述酵母溶液中，不断搅拌，利用静电吸附原理使得金属离子ba
2+
、co
2+
和fe
3+
充分吸附在酵母细胞的表面，并通过生物矿化作用使得金属离子ba
2+
、co
2+
和fe
3+
在酵母细胞表面矿化，得到含有酵母溶液的均匀溶胶，然后在一定温度下加热去除溶剂得到干凝胶。将干凝胶在一定温度下热处理去除酵母细胞模板，即得到轻质ba2co2fe
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多孔铁氧体吸收剂。
15.为了实现轻质ba2co2fe
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多孔铁氧体吸收剂的绿色环保制备，本发明采用微生物酵母细胞为碳模板，采用溶胶
‑
凝胶法制备轻质多孔铁氧体吸收剂。酵母菌是一种单细胞真菌，细胞宽度约2
‑6ꢀµ
m，长度约5
‑
30
µ
m，细胞有球状、卵圆、椭圆等形态。酵母细胞本身具有特殊的多级纳米网状结构和自组装方式，并有许多纳米微孔和表面功能区域，含有大量的亲水基团，这些亲水基团在生物矿化过程中起到软模板的作用，而酵母细胞起硬模板的作用。并且，酵母细胞表面带有oh
‑
，
‑
coo
‑
和
‑
opo
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‑
等负离子，表面带有大量的负电荷，而合成铁氧体材料常采用无机金属盐，因此，游离的金属离子（ba
2+
、co
2+
和fe
3+
）就会被静电吸附在酵母细胞表面并在细胞表面进行自组装，经过生物矿化作用和煅烧处理，即可得到多孔铁氧体材料。
16.本发明与现有多孔铁氧体吸收剂的制备技术相比，有以下优势：1）采用酵母细胞作为生物模板，制备过程绿色环保，并且避免了碳微球作为模板引起的团聚问题，此方法制备的多孔铁氧体吸收剂孔分布均匀、孔径可控，可有效调控多孔铁氧体的微观结构。
17.2）本制备方法采用的是溶胶
‑
凝胶法，溶剂为水，不涉及有害溶剂的使用，安全环保，并且制备工艺简单易操作，可实现多孔铁氧体吸收剂的绿色环保制备。
18.3）利用天然的、分散均匀的酵母细胞替代了价格昂贵的、容易团聚的合成碳微球模板，实现了多孔铁氧体吸收剂的低成本、绿色环保、结构可控制备。
19.4）ba
2+
、co
2+
和fe
3+
是通过静电吸附原理吸附在酵母细胞表面，并通过生物矿化原理使得ba
2+
、co
2+
和fe
3+
在酵母细胞表面矿化结晶，生成铁氧体的前驱体溶液，更有利于热处
理过程的顺利进行，并对多孔铁氧体的结构进行有效调控。
20.5）本发明采用溶胶
‑
凝胶技术，该项技术简单易操作，不涉及有机溶剂的使用，减少了后续处理过程，经济环保。
附图说明
21.图1为(a)无酵母模板(bcfo)、(b) 酵母细胞溶液浓度为10g
•
l
‑1(bcfo
‑
10)、(c) 酵母细胞溶液浓度为20g
•
l
‑1(bcfo
‑
20)、(d) 酵母细胞溶液浓度为30g
•
l
‑1(bcfo
‑
30)的多孔铁氧体在1100℃温度下热处理后的样品的xrd图谱；图2为(a) bcfo、(b) bcfo
‑
10、(c) bcfo
‑
20、(d) bcfo
‑
30的多孔铁氧体在1100℃温度下热处理后的样品的sem照片；图3为bcfo、bcfo
‑
10的多孔铁氧体在1100℃温度下热处理后的样品的介电常数实部(a)；虚部(b)；磁导率实部(c)；虚部(d)。
具体实施方式
22.下面结合具体实施方式对本发明进行详细的介绍。
23.实施方式1：将0.5g干酵母粉通过干酵母（g）：无水葡萄糖（g）：水（ml）=5:1:250, 37℃水浴30 min活化，离心去除葡萄糖并水洗3次，加入50 ml去离子水中，得到浓度为10 g
·
l
‑1的酵母细胞溶液；然后将2.61 g硝酸钡、2.91 g硝酸钴、24.24 g 硝酸铁和23.04 g络合剂柠檬酸依次加入到上述酵母细胞溶液中，不断搅拌使得金属离子ba
2+
、co
2+
和fe
3+
充分吸附在酵母细胞的表面，并通过生物矿化作用使得金属离子ba
2+
、co
2+
和fe
3+
在酵母细胞表面矿化，矿化时间为12h，得到含有酵母细胞溶液的均匀溶胶；然后140 ℃加热12h去除溶剂得到干凝胶；将干凝胶在1100℃温度下热处理4h去除酵母细胞模板，即得到轻质ba2co2fe
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多孔铁氧体吸收剂。
24.实施方式2：本实施方式方式与实施方式1大致相同，不同点仅在于：将1.0g干酵母粉通过干酵母(g)：无水葡萄糖(g)：水(ml)=5:1:250, 37℃水浴30 min活化，离心去除葡萄糖并水洗3次，加入50 ml去离子水中，得到浓度为20 g
·
l
‑1的酵母细胞溶液。
25.除此之外，本实施方式与实施方式1完全相同，此处不做赘述。
26.实施方式3：本实施方式方式与实施方式1大致相同，不同点仅在于：将1.5g干酵母粉通过干酵母(g)：无水葡萄糖(g)：水(ml)=5:1:250, 37℃水浴30 min活化，离心去除葡萄糖并水洗3次，加入50 ml去离子水中，得到浓度为30 g
·
l
‑1的酵母细胞溶液。
27.除此之外，本实施方式与实施方式1完全相同，此处不做赘述。。
28.实施方式4：取50ml的去离子水代替酵母细胞溶液，然后将2.61 g硝酸钡、2.91 g硝酸钴、24.24 g 硝酸铁和23.04 g络合剂柠檬酸依次加入到去离子水中，不断搅拌使得金属离子ba
2+
、co
2+
和fe
3+
充分溶解，时间为12h，得到均匀溶胶；然后140 ℃加热12h去除溶剂得到干凝胶；将干凝胶在1100℃温度下热处理4h，即得到ba2co2fe
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铁氧体吸收剂。上述实施方
式1至4制备得到的ba2co2fe
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铁氧体吸收剂的xrd图谱如图1。可以看出产品的xrd图谱与其标准样品的xrd图谱（pdf
‑
no
‑
44
‑
0206）的衍射峰一致，说明上述各实施方式下合成的产品是ba2co2fe
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铁氧体。
29.上述实施方式1至4制备得到的ba2co2fe
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铁氧体吸收剂的sem照片如图2所示，sem照片表明，采用酵母为模板合成出的样品具有多孔结构，且孔的结构分布较为均匀，说明采用酵母细胞作为模板可以成功合成多孔ba2co2fe
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铁氧体吸收剂。
30.上述实施方式1和4制备得到的ba2co2fe
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铁氧体吸收剂的电磁参数随频率（8.2
‑
12.4 ghz）的变化曲线如图3所示，可见多孔ba2co2fe
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铁氧体（bcfo
‑
10）产品的介电常数实部和虚部较无酵母细胞模板合成的产品（bcfo）的介电常数降低，磁导率的实部相对于bcfo样品的磁导率实部也稍有降低，但产品bcfo
‑
10磁导率的虚部较bcfo来说有较大的提高，这对于提高bcfo
‑
10的磁损耗是非常有利的。同时，bcfo
‑
10的介电常数的降低有利于产品阻抗匹配水平的升高。整体来说，多孔bcfo
‑
10的电磁参数的变化有利于其吸波性能的提高。
31.上述实施方式只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所做的等效变换或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。