一种具有单分散性宽频微波吸收的磁性纳米链及其制备方法和应用与流程

本发明属于先进纳米复合材料，具体涉及一种具有单分散性宽频微波吸收的磁性纳米链及其制备方法和应用。

背景技术：

1、随着通信行业的爆炸式发展，尤其是5g时代的到来，基站天线密度及数量显著增加，在人类生活空间中产生了严重的电磁辐射问题。低反射、高吸收的微波吸收材料因其可将电磁波转化为热能或其它形式的能量，最终从根本上对电磁波进行有效的衰减，引起了业内极大的关注。特别是，以磁性铁氧体颗粒为核，半导体材料为壳的复合纳米材料。核壳结构除了将磁性材料与介电材料进行耦合，使材料具备双重损耗机制外，其半导体壳设计还能有效的提高复合材料的环境稳定性，增强在复杂的环境中工作的能力。此外，相比零维结构的材料，一维结构型电磁吸波材料由于其长程有序性、高的长径比及形状各向异性等特点引起了研究者们广泛的关注。

2、相比于传统的二氧化锡材料而言，单分散性二氧化锡磁纳米链具有高比表面积、磁响应性、优异的单分散性的特性，在吸附分离、催化、重大疾病的诊断与治疗等方面具有重要的应用价值。但是到目前为止，以磁性氧化物粒子为核，采用简捷环保的方法制备二氧化锡材料为壳的核壳复合一维纳米链材料的合成还少有报道。现有的相关报道中，所合成的复合纳米链材料具有有效吸收宽度窄、制备工艺繁琐、结构不稳定、团聚严重、生物相容性差等不足。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提出一种磁响应效果好、具有单分散性、在宽频具有微波响应的一维核壳结构fe3o4@sno2/pvp纳米链。

2、为实现上述目的，本发明提供以下技术方案：

3、一种具有单分散性核壳结构的fe3o4@sno2/pvp纳米链，内核为多孔fe3o4，外壳为sno2，纳米链具有单分散性；其中：纳米链的长度为10μm～50μm，孔径为5～23nm。

4、一种制备上述具有单分散性核壳结构的fe3o4@sno2/pvp纳米链的方法，包括首先将fe3o4纳米颗粒超声分散在含有表面活性剂的溶液中，然后利用溶胶-凝胶法，加入有机锡源，进行自组装得到混合溶液；再将混合溶液在外置定向磁场下静置陈化；最后分离、洗涤得到所述fe3o4@sno2/pvp纳米链。

5、本发明提出的一种单分散核壳结构fe3o4@sno2/pvp纳米链及制备方法，首先，将磁性fe3o4纳米颗粒超声分散在pvp的醇溶液中(pvp的质量分数为1％)，使得聚合物层牢牢的包裹住fe3o4纳米颗粒；然后，利用溶胶-凝胶原理以及磁性颗粒表面的负性离子与与有机锡的自组装行为，在无定型fe3o4纳米颗粒表面包覆盖一层具有序结构的表面活性剂与二氧化锡的复合材料层；由于异辛酸亚锡不溶于乙醇水溶液，所以实际体系中还存在有残留的异辛酸亚锡，它的存在有效的促进了单分散纳米链的形成，主要是由于它本身所具有的羧基在溶液中电离出的负性离子，使得链与链间产生了排斥力。除此之外，先前加入的pvp可以有效的抑制颗粒间的团聚，对于单分散链的形成也起到了积极作用；最后，在外置磁场的环境下，陈化20h。在这个过程中，除了磁场力的作用外，pvp本身具有的粘性也促进了颗粒间的连接，使得颗粒间的作用更加的牢固。在以上各种机理的共同作用下，最终形成了具有出色的单分散性核壳式fe3o4@sno2/pvp纳米链。同时，以上方案还可以有效地解决了现有吸波材料关于一维磁链团聚的问题。

6、作为一种优选的技术方案，所述表面活性剂为pvp或pva。

7、作为一种优选的技术方案，所述表面活性剂的质量浓度为1～3％。

8、作为一种优选的技术方案，所述有机锡源为异辛酸亚锡。

9、作为一种优选的技术方案，所述fe3o4磁性微球与表面活性剂的质量比为0.02～0.05。

10、作为一种优选的技术方案，所述有机锡源与fe3o4磁性微球的质量比为0.15～0.3。

11、作为一种优选的技术方案，所述混合溶液在外置定向磁场下静置18～24h。

12、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

13、1)与大多数采用溶剂热法生成二氧化锡的体系比，本发明采用了简单的溶胶凝胶法生成了二氧化锡，操作简单，能耗低，环保。

14、2)本发明的产物具有优秀的单分散性，大大的增加了磁响应，易在磁场的响应下自组装成链式，使电磁波在材料内部发生多重散射，提高了电磁波的损耗。

15、3)一维结构型电磁吸波材料的长程有序性与高的长径比，为电磁波的传输提供了方向，增加了传输时间，为电磁能量的耗散起到了积极作用。

16、4)引入的有机锡源，不溶于一元醇与水，其本身结构中的羧基增加了体系中链与链间的排斥，获得了具有优异单分散性的纳米链。

17、5)各向异性的一维纳米结构赋予材料优秀的微波吸收性能，当匹配厚度为2.5mm时，样品获得的最小反射损失值-31db，有效吸收宽度为6ghz。当匹配厚度为3mm时，样品获得的最小反射损失值-27db，有效吸收宽度为6ghz。本发明提供的纳米链材料具有宽频下的强微波吸收性能。

技术特征：

1.一种具有单分散性核壳结构的fe3o4@sno2/pvp，其特征在于：内核为多孔fe3o4，外壳为sno2，纳米链具有单分散性；其中：纳米链的长度为10μm～50μm，孔径为5～23nm。

2.一种制备权利要求1所述具有单分散性核壳结构的fe3o4@sno2/pvp纳米链的方法，其特征在于，首先将fe3o4纳米颗粒超声分散在含有表面活性剂的溶液中，然后利用溶胶-凝胶法，加入有机锡源，进行自组装得到混合溶液；再将混合溶液在外置定向磁场下静置陈化；最后分离、洗涤得到所述fe3o4@sno2/pvp纳米链。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，表面活性剂为pvp或pva。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述表面活性剂的质量浓度为1～3％。

5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述的有机锡源为异辛酸亚锡。

6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述fe3o4磁性微球与表面活性剂的质量比为0.02～0.05。

7.根据权利要求2或6所述的方法，其特征在于，所述有机锡源与fe3o4磁性微球的质量比为0.15～0.3。

8.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述混合溶液在外置定向磁场下静置18～24h。

技术总结
本发明属于纳米复合材料技术领域，具体为一种具有单分散性宽频微波吸收的磁性纳米链。本发明首先在磁性无机纳米颗粒表面包覆一层表面活性剂，抑制颗粒间的团聚。再基于溶胶‑凝胶化学原理，通过添加带有羧基官能团的有机锡源，在前驱体上沉积一层无定形二氧化锡层。在这个过程中，利用外置磁场的定向诱导作用，在含有羧基的环境下(增加颗粒间的排斥)，获得了具有优异单分散性的核壳结构Fe<subgt;3</subgt;O<subgt;4</subgt;@SnO<subgt;2</subgt;/PVP纳米链；该纳米链具有高的比表面积，良好的磁响应性以及出色的单分散性，有效的解决了目前磁性纳米链团聚的问题。此外，还具有宽频下的强微波吸收性能，为获得优异的磁性吸波材料提供了新的思路。

技术研发人员：田玉瑞,梁秋实,姜营营,房艺娴,吴伟翘,沈壮峰
受保护的技术使用者：有研（广东）新材料技术研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/11