磁性金属粉/多孔碳复合材料，其制备方法及应用与流程

本发明涉及吸波材料，具体而言，涉及一种磁性金属粉/多孔碳复合材料，其制备方法及应用。

背景技术：

1、随着电子技术的迅猛发展，特别是移动通信和计算机的普及，电磁辐射带来的危害愈发严重。近年来，微波吸收材料被广泛应用于抗电磁干扰的研究中。同时，为了应对层出不穷的侦查探测手段，隐身技术已成为世界各国优先发展的战略重点，而作为隐身技术的核心部分，吸波材料的研发与应用也就成为军事材料领域研究的热点。目前所用吸波材料多针对火控雷达的工作频率x和ku波段，受材料本征电磁参数的限制，对低频(l～s波段)雷达波的吸收能力有限。随着雷达探测的频段逐渐拓宽，低频段的分米波、米波发挥着越来越重要的作用，使得提升材料的低频吸波性能变得越来越迫切。羰基铁作为典型的磁损耗型吸波材料，具有较高的饱和磁化强度，经过球磨后获得的片状形貌能够突破snoek极限进一步提高磁导率，虽然片状羰基铁粉在低频s波段有很大的吸收潜力，但介电常数过高引起的阻抗失配一直是影响其吸波效果的问题所在。

2、对铁粉进行表面包覆处理是改善电磁参数阻抗失配的有效途径，目前常用的表面改性手法有偶联剂直接处理，正硅酸乙酯水解在铁粉表面沉积纳米二氧化硅，对铁粉进行磷化处理，利用水热法/共沉淀法在铁粉表面生成氧化物，在铁粉表面引发聚合反应生成聚合物等手段。如专利cn105921741a中利用烷氧基硅烷在碱性条件下的水解缩合，在铁粉表面包覆上一层二氧化硅壳层。这种方法虽然能通过在铁粉表面引入绝缘的二氧化硅来阻碍粒子间相互接触，从而达到降低介电常数的效果，但二氧化硅层的致密程度和厚度均匀性无法做到稳定控制。专利cn111876762a中将磷酸和丙酮的混合溶液浸泡铁粉制备磷化铁粉。这种方法通过化学腐蚀将铁粉表面氧化成铁的磷酸盐，致密程度有所提高，表面导电率的降低势必会使吸收峰频点向高频方向偏移，尽管吸收带宽和吸收峰强度会提高，但会造成工作频段发生了变化。如何既改善电磁参数的匹配性提高吸收带宽和吸收强度，又保证工作频段不向高频方向偏移是一个难点问题。

技术实现思路

1、本发明的主要目的在于提供一种磁性金属粉/多孔碳复合材料，其制备方法及应用，以解决现有技术中改性磁性金属粉在提高吸收带宽和吸收强度的同时，吸波频段向高频移动过多的问题。

2、为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种磁性金属粉/多孔碳复合材料的制备方法，其包括以下步骤：步骤s1，将磁性羰基金属粉在发蓝剂的作用下进行表面氧化反应，形成预处理金属粉；步骤s2，将共聚物psn-b-peom溶解于第一溶剂中，并向其中加入乙醇和水的混合液使共聚物psn-b-peom形成球状胶束，得到乳浊液；其中n为50～300，m为45～114；步骤s3，向乳浊液中加入预处理金属粉、吡咯及fecl3，在搅拌状态下进行原位聚合反应，以形成表面包覆有聚吡咯/球状psn-b-peom胶束复合层的羰基金属粉前驱体，得到前驱体溶液；步骤s4，通过溶剂热法去除前驱体中的球状psn-b-peom胶束，然后烘干，得到多孔前驱体；步骤s5，在惰性气氛下煅烧多孔前驱体，得到磁性金属粉/多孔碳复合材料。

3、进一步地，磁性羰基金属粉为羰基铁粉、羰基镍粉或羰基合金粉；优选地，磁性羰基金属粉为片状粉，其厚度为0.3～0.8μm。

4、进一步地，步骤s1包括：将磁性羰基金属粉分散在第二溶剂中，然后向其中加入发蓝剂进行表面氧化反应，然后依次进行固液分离和烘干，得到预处理金属粉；优选地，第二溶剂为乙醇；优选地，磁性羰基金属粉与发蓝剂的重量比为1:1～2；优选地，表面氧化反应过程的温度为75～85℃，时间为40～80min。

5、进一步地，步骤s2中，第一溶剂为四氢呋喃；乙醇和水的混合液中，乙醇的质量浓度为10～90％；优选地，每毫升第一溶剂中溶解0.01～0.02g共聚物psn-b-peom，且乙醇和水的混合液与第一溶剂的体积比为2.5～3.5:1。

6、进一步地，步骤s3中，每毫升乳浊液中加入0.02～0.1g预处理金属粉、0.002～0.005g吡咯及0.003～0.005g fecl3，且fecl3以fecl3·6h2o形式加入；优选地，原位聚合反应的温度为0～5℃，时间为5～24h。

7、进一步地，步骤s4中，将前驱体溶液加热至145～155℃，以通过溶剂热法去除前驱体中的球状psn-b-peom胶束。

8、进一步地，步骤s5中，惰性气氛为氮气气氛或氩气气氛。

9、进一步地，煅烧多孔前驱体的温度为800～900℃，时间为2～5h。

10、根据本发明的另一方面，还提供了一种磁性金属粉/多孔碳复合材料，其由上述制备方法制备得到。

11、根据本发明的另一方面，还提供了一种吸波材料，其包括上述磁性金属粉/多孔碳复合材料。

12、本发明提供了一种磁性金属粉/多孔碳复合材料的制备方法，其是将共聚物psn-b-peom溶解并制作成球状胶束状态，然后向其中加入发蓝剂表面氧化后的磁性羰基金属粉和吡咯单体，使吡咯单体在fecl3的引发下在磁性羰基金属粉表面进行原位聚合，形成聚吡咯包覆层。由于体系中球状胶束的存在，其能够在聚吡咯包覆层中有序分布，进而形成表面包覆有聚吡咯/球状psn-b-peom胶束复合层的羰基金属粉前驱体。其次，通过溶剂热法能够将包覆层中的球状psn-b-peom胶束去除，形成的多孔前驱体再经过煅烧，即可在磁性羰基金属粉表面形成有序多孔结构的碳包覆层，得到最终的磁性金属粉/多孔碳复合材料。

13、利用本发明上述软模板法制备的磁性金属粉/多孔碳复合材料具有吸收带较宽和吸收强度较高的优点，更重要的是其吸波频段不会向高频移动过多。总之，本发明制备的磁性金属粉/多孔碳复合材料在低频段具有更好的吸波性能。

技术特征：

1.一种磁性金属粉/多孔碳复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述磁性羰基金属粉为羰基铁粉、羰基镍粉或羰基合金粉；优选地，所述磁性羰基金属粉为片状粉，其厚度为0.3～0.8μm。

3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述步骤s1包括：将所述磁性羰基金属粉分散在第二溶剂中，然后向其中加入所述发蓝剂进行所述表面氧化反应，然后依次进行固液分离和烘干，得到所述预处理金属粉；

4.根据权利要求1至3中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述步骤s2中，所述第一溶剂为四氢呋喃；所述乙醇和水的混合液中，乙醇的质量浓度为10～90％；

5.根据权利要求1至4中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述步骤s3中，每毫升所述乳浊液中加入0.02～0.1g所述预处理金属粉、0.002～0.005g所述吡咯及0.003～0.005g所述fecl3，且所述fecl3以fecl3·6h2o形式加入；

6.根据权利要求1至5中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述步骤s4中，将所述前驱体溶液加热至145～155℃，以通过所述溶剂热法去除所述前驱体中的所述球状psn-b-peom胶束。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述步骤s5中，所述惰性气氛为氮气气氛或氩气气氛。

8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，煅烧所述多孔前驱体的温度为800～900℃，时间为2～5h。

9.一种磁性金属粉/多孔碳复合材料，其特征在于，由权利要求1至8中任一项所述的制备方法制备得到。

10.一种吸波材料，其特征在于，包括权利要求9所述的磁性金属粉/多孔碳复合材料。

技术总结
本发明提供了一种磁性金属粉/多孔碳复合材料，其制备方法及应用。该制备方法包括以下步骤：步骤S1，将磁性羰基金属粉进行表面氧化反应，形成预处理金属粉；步骤S2，将共聚物PS<subgt;n</subgt;‑b‑PEO<subgt;m</subgt;溶解于第一溶剂中，向其中加入乙醇和水的混合液，得到乳浊液；步骤S3，向乳浊液中加入预处理金属粉、吡咯及FeCl<subgt;3</subgt;，进行原位聚合反应，以形成前驱体，得到前驱体溶液；步骤S4，通过溶剂热法去除前驱体中的球状PS<subgt;n</subgt;‑b‑PEO<subgt;m</subgt;胶束，然后烘干，得到多孔前驱体；步骤S5，在惰性气氛下煅烧多孔前驱体，得到磁性金属粉/多孔碳复合材料。本发明制备的磁性金属粉/多孔碳复合材料在低频段具有更好的吸波性能。

技术研发人员：刘若鹏,赵治亚,黄赤
受保护的技术使用者：洛阳尖端技术研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13