一种吸波剂及其制备方法与流程

本发明涉及吸波材料，更具体地，涉及一种fe/batio3核壳材料吸波剂及其制备方法。
背景技术：
：随着电子科学技术的发展，电子信息设备在各行各业都得到了广泛的应用。电磁波对人类的影响也已渗透到各个角落。其在机械、电子、生物领域都是不可替代的。电磁技术给人们带来了极大的便利的同时，也严重引来了的严重的电磁福射污染。电磁福射不仅会干扰电子仪器和设备，导致其不能正常运转，还会影响人类的身体健康，干扰人体正常生理机能，甚至可能导致疾病。因此，治理电磁污染的吸波材料应运而生。羰基铁粉作为典型磁损耗型吸波材料，具有匹配厚度薄、中频波段吸收效果好和优异的热稳定性等优点，但也存在低频(小于等于5ghz)吸收效果差、易被氧化及损耗机制单一的缺点。技术实现要素：针对以上问题，为了进一步改善羰基铁粉的低频吸波性能，本发明通过batio3对羰基铁粉表面改性，并且采用溶胶-凝胶法制备了batio3表面改性羰基铁粉的复合吸波剂。本发明提供了一种制备吸波剂的方法，所述方法包括：在乙醇中加入钛酸丁酯，得到钛酸丁酯乙醇溶液，再加入乙酸，得到钛酸丁酯乙酸混合液；在第一去离子水中加入乙酸钡，加热至温度t，得到乙酸钡水溶液；以及将所述乙酸钡水溶液加入至所述钛酸丁酯乙酸混合液中，形成溶胶，再调节ph，加入预处理的羰基铁粉，搅拌，离心、干燥、煅烧，得到所述吸波剂。在上述方法中，所述预处理的羰基铁粉通过以下方法制备：在第二去离子水中加入聚乙烯吡咯烷酮和羰基铁粉，搅拌，分离，得到预处理的羰基铁粉。在上述方法中，所述第二去离子水、所述聚乙烯吡咯烷酮和所述羰基铁粉的质量比为450～550:5～15:3～8。在上述方法中，所述乙醇、所述钛酸丁酯和所述乙酸的质量比为4～6:3～5:6～8。在上述方法中，所述第一去离子水和所述乙酸钡的质量比为5～9:2～3。在上述方法中，所述乙酸钡水溶液、所述钛酸丁酯乙酸混合液和所述预处理的羰基铁粉的质量比为10～15:6～10:0.5～25。在上述方法中，所述调节ph将ph值调节为3～5，在50～70℃的温度下加入所述乙酸，所述温度t为60～80℃。在上述方法中，所述搅拌的转速为600～800r/min；所述搅拌的时间为10～30min。在上述方法中，所述煅烧的温度为800～900℃，所述煅烧的时间为1～3h。本发明还提供了一种根据以上方法制备的吸波剂。本发明通过将batio3以表面改性方式引入羰基铁粉吸波剂，形成复合材料，其中，表面改性方法能够有效改善材料表面物理化学性质，提高表面活性及稳定性，赋予粒子新的电磁特性，因而显著提升了吸波剂的低频吸波性能，而且使得制备的吸波剂在2～5ghz范围内吸波性能较好。附图说明图1是fe/batio3核壳材料吸波剂的制备流程图。具体实施方式下面的实施例可以使本领域技术人员更全面地理解本发明，但不以任何方式限制本发明。近年来，在吸波材料领域，对低频(小于等于5ghz)的有效吸收一直是研究的重点和难点。batio3是一种具有高介电常数和优良压电性的钙钛矿型铁电体，在电磁场作用下，其主要依靠电偶极子的取向极化和界面极化损耗电磁波，是良好的介电损耗型吸波材料。本发明通过溶胶-凝胶方法合成batio3并将其包覆至羰基铁粉表面，有效改善了复合吸波剂的电磁特性及吸波性能。本发明提供了一种制备fe/batio3核壳材料吸波剂的方法，该方法包括以下步骤：在容器(如烧杯)中依次加入450～550份去离子水、5～15份聚乙烯吡咯烷酮和3～8份羰基铁粉，以600～800r/min的转速电动搅拌7～9h，以300～600w的功率磁选分离得到预处理的羰基铁粉；在4～6份乙醇中加入3～5份钛酸丁酯，以600～800r/min的转速磁力搅拌至液体混合均匀，加热至50～70℃，达到最佳水解温度，然后向溶液中滴加6～8份冰乙酸，以600～800r/min的转速搅拌30～60min，得到钛酸丁酯乙酸混合液；在5～9份去离子水中加入2～3份乙酸钡，加热至60～80℃，使乙酸钡充分溶解，得到乙酸钡水溶液；之后，在30～50℃的恒温条件下将10～15份乙酸钡水溶液滴加到6～10份钛酸丁酯乙酸混合液中，直至滴加完全，以600～800r/min的转速磁力搅拌1～2h后形成溶胶，滴加氨水调节ph为3～5，加入0.5～25份预处理的羰基铁粉，在ph为3～5的酸性环境下，可以使预处理羰基铁粉较易地吸附溶胶；然后以600～800r/min的转速搅拌10～30min，以800～1000r/min的转速离心分离并用乙醇清洗表面吸附溶胶的羰基铁粉，再将表面吸附溶胶的羰基铁粉置于50～90℃干燥箱中2～5h，最后放入真空管式炉中在800～900℃的温度下煅烧1～3h，冷却后制得fe/batio3核壳材料吸波剂。在以上方法中，通过800～900℃的温度下煅烧1～3h，使得羰基铁粉与batio3有效地复合。在以上方法中，batio3和羰基铁粉的比例对核壳材料吸波性能的影响：通过向溶胶体系中加入预处理羰基铁粉能够有效制备fe/batio3核壳吸波材料。羰基铁粉作为典型磁损耗型吸波材料，具有匹配厚度薄、中频波段吸收效果好和优异的热稳定性等优点。batio3是一种具有高介电常数和优良压电性的钙钛矿型铁电体，在电磁场作用下，其主要依靠电偶极子的取向极化和界面极化损耗电磁波，是良好的介电损耗型吸波材料，因此，本发明通过调控两组分的比例可以获得低频吸波性能良好的材料。一方面，复合介电损耗材料batio3后的fe/batio3核壳材料可以提升羰基铁粉的介电损耗能力，使得羰基铁粉的介电常数的虚部得到了显著升高。另一方面，复合后的fe/batio3核壳材料的磁导率发生下降使得磁损耗下降，因此改善了复合材料的阻抗匹配性能。材料的阻抗匹配越好，即越接近于自由空间的阻抗值，则电磁波能更有效地进入材料内部而不被反射出去，从而能提高材料的吸波性能，当batio3或羰基铁粉的比例太高或太低时，都会影响制备的复合材料的阻抗匹配，进而影响材料的吸波性能。在以上方法中，羰基铁粉加入溶胶中的搅拌转速和时间对核壳材料粉体电磁性能的影响，通过调控两组份的在一定搅拌速率下的混合搅拌时间可以获得电磁性能优异良好的材料。充分的搅拌时间能够使片状羰基铁粉与batio3形成大量交互界面，增强了不同介质粒子的界面极化，进而促进介电常数实部和虚部不同程度的提升。因此，搅拌时间不同，可以使得核壳结构的包覆量存在差异，当搅拌时间太短时，包覆量较小，使得batio3颗粒较小，表面容易吸附大量石蜡，从而导致铁粉之间产生渗漏电现象，出现介电常数显著增大的现象；当搅拌时间增加时，包覆量增加，batio3颗粒相互团聚降低了与石蜡的吸附，从而介电常数较低；当搅拌时间过长时，会影响batio3颗粒的相互团聚，从而使得batio3颗粒的表面容易吸附大量石蜡，从而导致铁粉之间产生渗漏电现象，因此，在600～800r/min的转速下，搅拌时间应控制在10～30min。实施例1在烧杯中依次加入500份去离子水、10份聚乙烯吡咯烷酮和5份羰基铁粉，电动搅拌、磁选分离得到预处理的羰基铁粉；在5份乙醇中加入4份钛酸丁酯，磁力搅拌至液体混合均匀，加热至60℃，然后向溶液中滴加7份冰乙酸，搅拌，得到钛酸丁酯乙酸混合液；在7份去离子水中加入2份乙酸钡，加热至70℃，使乙酸钡充分溶解，得到乙酸钡水溶液；之后，在40℃的恒温条件下将12份乙酸钡水溶液滴加到8份钛酸丁酯乙酸混合液中，直至滴加完全，磁力搅拌1h后形成溶胶，滴加氨水调节ph为4，加入25份预处理的羰基铁粉，搅拌10min，离心分离并用乙醇清洗表面吸附溶胶的羰基铁粉，再将表面吸附溶胶的羰基铁粉置于70℃干燥箱中4h，最后放入真空管式炉中在850℃的温度下煅烧2h，冷却后制得fe/batio3核壳材料吸波剂。实施例2在烧杯中依次加入520份去离子水、12份聚乙烯吡咯烷酮和4份羰基铁粉，电动搅拌、磁选分离得到预处理的羰基铁粉；在5份乙醇中加入4份钛酸丁酯，磁力搅拌至液体混合均匀，加热至55℃，然后向溶液中滴加6份冰乙酸，搅拌，得到钛酸丁酯乙酸混合液；在5～9份去离子水中加入3份乙酸钡，加热至70℃，使乙酸钡充分溶解，得到乙酸钡水溶液；之后，在45℃的恒温条件下将12份乙酸钡水溶液滴加到8份钛酸丁酯乙酸混合液中，直至滴加完全，磁力搅拌1.5h后形成溶胶，滴加氨水调节ph为3，加入15份预处理的羰基铁粉，搅拌20min，离心分离并用乙醇清洗表面吸附溶胶的羰基铁粉，再将表面吸附溶胶的羰基铁粉置于70℃干燥箱中2～5h，最后放入真空管式炉中在820℃的温度下煅烧2h，冷却后制得fe/batio3核壳材料吸波剂。实施例3在烧杯中依次加入520份去离子水、8份聚乙烯吡咯烷酮和4份羰基铁粉，电动搅拌、磁选分离得到预处理的羰基铁粉；在5份乙醇中加入5份钛酸丁酯，磁力搅拌至液体混合均匀，加热至60℃，然后向溶液中滴加7份冰乙酸，搅拌，得到钛酸丁酯乙酸混合液；在8份去离子水中加入3份乙酸钡，加热至75℃，使乙酸钡充分溶解，得到乙酸钡水溶液；之后，在45℃的恒温条件下将11份乙酸钡水溶液滴加到8份钛酸丁酯乙酸混合液中，直至滴加完全，磁力搅拌2h后形成溶胶，滴加氨水调节ph为5，加入10份预处理的羰基铁粉，搅拌30min，离心分离并用乙醇清洗表面吸附溶胶的羰基铁粉，再将表面吸附溶胶的羰基铁粉置于70℃干燥箱中4h，最后放入真空管式炉中在810℃的温度下煅烧2h，冷却后制得fe/batio3核壳材料吸波剂。实施例4在烧杯中依次加入450份去离子水、5份聚乙烯吡咯烷酮和3份羰基铁粉，电动搅拌、磁选分离得到预处理的羰基铁粉；在4份乙醇中加入3份钛酸丁酯，磁力搅拌至液体混合均匀，加热至50℃，然后向溶液中滴加6份冰乙酸，搅拌，得到钛酸丁酯乙酸混合液；在5份去离子水中加入2份乙酸钡，加热至60℃，使乙酸钡充分溶解，得到乙酸钡水溶液；之后，在30℃的恒温条件下将10份乙酸钡水溶液滴加到6份钛酸丁酯乙酸混合液中，直至滴加完全，磁力搅拌1h后形成溶胶，滴加氨水调节ph为4，加入0.5份预处理的羰基铁粉，搅拌10min，离心分离并用乙醇清洗表面吸附溶胶的羰基铁粉，再将表面吸附溶胶的羰基铁粉置于50℃干燥箱中2h，最后放入真空管式炉中在800℃的温度下煅烧1h，冷却后制得fe/batio3核壳材料吸波剂。实施例5在烧杯中依次加入550份去离子水、15份聚乙烯吡咯烷酮和8份羰基铁粉，电动搅拌、磁选分离得到预处理的羰基铁粉；在6份乙醇中加入5份钛酸丁酯，磁力搅拌至液体混合均匀，加热至70℃，然后向溶液中滴加8份冰乙酸，搅拌，得到钛酸丁酯乙酸混合液；在9份去离子水中加入3份乙酸钡，加热至80℃，使乙酸钡充分溶解，得到乙酸钡水溶液；之后，在50℃的恒温条件下将15份乙酸钡水溶液滴加到10份钛酸丁酯乙酸混合液中，直至滴加完全，磁力搅拌3h后形成溶胶，滴加氨水调节ph为4，加入5份预处理的羰基铁粉，搅拌30min，离心分离并用乙醇清洗表面吸附溶胶的羰基铁粉，再将表面吸附溶胶的羰基铁粉置于90℃干燥箱中5h，最后放入真空管式炉中在900℃的温度下煅烧3h，冷却后制得fe/batio3核壳材料吸波剂。实施例6在烧杯中依次加入450份去离子水、5份聚乙烯吡咯烷酮和3份羰基铁粉，电动搅拌、磁选分离得到预处理的羰基铁粉；在4份乙醇中加入3份钛酸丁酯，磁力搅拌至液体混合均匀，加热至50℃，然后向溶液中滴加6份冰乙酸，搅拌，得到钛酸丁酯乙酸混合液；在5份去离子水中加入2份乙酸钡，加热至60℃，使乙酸钡充分溶解，得到乙酸钡水溶液；之后，在30℃的恒温条件下将10份乙酸钡水溶液滴加到6份钛酸丁酯乙酸混合液中，直至滴加完全，磁力搅拌1h后形成溶胶，滴加氨水调节ph为4，加入1份预处理的羰基铁粉，搅拌10min，离心分离并用乙醇清洗表面吸附溶胶的羰基铁粉，再将表面吸附溶胶的羰基铁粉置于90℃干燥箱中2h，最后放入真空管式炉中在800℃的温度下煅烧3h，冷却后制得fe/batio3核壳材料吸波剂。以上份数均为质量份。采用本领域中常用的方法测试实施例1至实施例6中制备的fe/batio3核壳材料吸波剂在2～6ghz频段内的吸波性能。测试结果如下表1所示：实施例峰值所在频率最大反射损耗≤-10db的频宽14ghz-14.68db2.75ghz23.5ghz-13.26db2.31ghz33.1ghz-12.68db1.92ghz43.7ghz-13.65db2.02ghz53.2ghz-14.21db1.96ghz63.6ghz-12.95db2.26ghz由上表1可知，根据本发明的方法制备的fe/batio3核壳材料吸波剂有效增加了羰基铁粉的吸波性能，使得其在低频(小于等于5ghz)的最大反射损耗低至-14.68db，这是由于batio3是一种具有高介电常数和优良压电性的钙钛矿型铁电体，在电磁场作用下，其主要依靠电偶极子的取向极化和界面极化损耗电磁波，是良好的介电损耗型吸波材料，通过溶胶-凝胶方法将磁损耗型材料羰基铁粉与介电损耗材料batio3相结合能够有效改善材料的阻抗匹配性能，提高低频段的吸波性能。此外，batio3属于介电材料，与羰基铁粉复合后能够显著提升复合材料的介电常数。综上，本发明制备的吸波剂可应用于手机、电子仪器设备、高频设备、微波有源器件、雷达及微波通信系统的杂波抑制、抗电磁干扰等
技术领域：
；还可以应用于飞机隐身、舰船隐身、飞行导弹隐身以及坦克隐身等领域。本领域技术人员应理解，以上实施例仅是示例性实施例，在不背离本发明的精神和范围的情况下，可以进行多种变化、替换以及改变。当前第1页12