技术领域
[0001] 本
发明涉及一种硅包覆共掺杂钴铁氧体微波吸收剂的制备方法,属于吸波材料技术领域。
背景技术
[0002]
电磁波吸收材料是一种能够通过自身的吸收作用衰减电磁波,反射、散射和透射都很小的功能材料。其基本原理是将电磁波转换为
热能、
电能或机械能等其他形式的
能量而消耗掉。按照电磁波吸收材料的工作原理可分为以下基本类型:复磁导率与复
介电常数基本相等的吸波材料;四分之一
波长“谐振”吸波材料;阻抗渐变“宽频”吸波材料;衰减表面
电流的薄层吸波材料。
[0003] 随着现代雷达与微波
电子技术的飞速发展,电磁波在空间分布的强度越来越大,分布的波长也从米波到毫米波甚至延伸至更宽的波段,电磁波吸收材料应用领域也越来越广泛,同时对吸波材料提出了更高的要求,体现在以下几方面:厚度薄、
质量轻、吸收频带宽、吸收能
力强和智能化等。
[0004] 吸波材料主要由吸收剂和基体材料构成,吸收剂是起吸收和反射电磁波作用的物质,常用的有铁氧体、羰基铁、导电高聚物等。而基体材料是吸收剂的载体,能够承载并分散吸收剂,且本身具有一定的力学性能,如
橡胶、软质聚
氨酯
泡沫剂、硬质苯乙烯泡沫塑料等。由吸波材料的工作原理可知,吸波材料的吸波能力与吸收剂的吸收能力有密切关系,因此,吸收剂的研制和开发是吸波材料领域重要的研究方向。
[0005] 电磁波吸收剂按其损耗机理主要分为
电阻型、
电介质型和磁介质型。随着电子信息业的发展,电磁污染已经成为很严重的问题。吸波材料能够吸收和衰减入射电磁波,并通过吸收剂的介电损耗、
涡流以及
磁滞伸缩等电磁能转
化成热能而耗散掉或使电磁波因干扰而消失。在民用和军用方面受到人们的重视。但是目前所研制的吸波材料大多数只能在较低的
温度下使用。如铁氧体、羟基铁粉类吸收剂当温度环境高于其
居里温度时,材料磁导率的下降会导致吸波性能的恶化;C-C类吸波材料由于高温时被氧化而失去吸波性能。这就满足不了武器装备高温部件隐身化的需求,所以必须研制能够长时间承受高温及温度冲击的吸波材料。
发明内容
[0006] 本发明所要解决的技术问题:针对目前吸波材料只能在较低的温度下使用,当温度环境高于其居里温度时,材料磁导率的下降会导致吸波性能恶化的问题,提供了一种硅包覆共掺杂钴铁氧体微波吸收剂的制备方法。
[0007] 为解决上述技术问题,本发明采用的技术方案是:(1)取氧化
石墨烯加入去离子
水中超声分散,再加入尿素,混合均匀得
石墨烯分散液;
(2)取氯化钴、氯化亚铁,加入
盐酸中混合均匀,再在氮气氛围下,以1~2mL/min滴加入石墨烯分散液中,并加热至90~100℃反应2~3h,静置10~15h后过滤洗涤干燥,得石墨烯/钴铁氧体;
(3)取石墨烯/钴铁氧体、氧化铋、氧化
铝、无水
乙醇,装入
球磨机中球磨20~24h,球磨结束后转入乙醇溶液中超声分散20~30min,得共掺杂钴铁氧体分散液;
(4)向共掺杂钴铁氧体分散液中滴加正
硅酸乙酯,混合均匀后滴加
氨水,搅拌8~10h后过滤洗涤干燥,得硅包覆共掺杂钴铁氧体微波吸收剂。
[0008] 步骤(1)所述氧化石墨烯与去离子水的质量比为1:250~1:1000,所述尿素用量为氧化石墨烯质量的3.6~14.4倍。
[0009] 步骤(2)所述氯化钴、氯化亚铁的摩尔比为1:2,氯化亚铁用量为氧化石墨烯质量的2.5~10倍。
[0010] 步骤(3)所述石墨烯/钴铁氧体、氧化铋、氧化铝、无水乙醇的重量份数为10~20份石墨烯/钴铁氧体,0.06~0.12份氧化铋,0.12~0.24份氧化铝,5~10份无水乙醇。
[0011] 步骤(3)所述乙醇溶液的质量分数为10%,用量为石墨烯/钴铁氧体质量的10~40倍。
[0012] 步骤(4)所述正硅酸乙酯的用量为石墨烯/钴铁氧体质量的25~100%。
[0013] 步骤(4)所述氨水的质量分数为25%,用量为石墨烯/钴铁氧体质量的1~4倍。
[0014] 本发明与其他方法相比,有益技术效果是:(1)本发明以具有高的
比表面积以及开放的多孔结构,良好的柔韧性以及化学和热
稳定性的石墨烯为基体材料,通过化学共沉淀在氧化石墨烯片上,同时氧化石墨被原位热还原,钴铁氧体与石墨烯的复合结合了石墨烯大的比表面积,优异的
导电性,较好的柔韧性和铁氧体较多的活性位点,出众的磁特性以及良好的化学稳定性,并有效地改善了石墨烯层间的堆叠结构,制得对电磁波同时具有介电损耗和磁损耗的吸波材料;
(2)本发明通过石墨烯/钴铁氧体复合掺杂氧化铋和氧化铝,极大地改善了铁氧体的耐热冲击性能,同时在铁氧体表面包覆
二氧化硅,对钴铁氧体进行隔绝保护,并协同石墨烯的高导热性能,进一步改善吸波材料的耐高温性能。
具体实施方式
[0015] 取5~10g氧化石墨烯,加入2.5~5.0L去离子水中,以300W
超声波超声分散1~2h,再加入36~72g尿素,以300~400r/min搅拌30~40min,得石墨烯分散液,取0.1~0.2mol氯化钴,0.2~0.4mol氯化亚铁,加入200~300mL质量分数为0.1%盐酸中,以300~400r/min搅拌30~40min,再在氮气氛围下,以1~2mL/min滴加入石墨烯分散液中,持续搅拌至滴加完毕,再加热至90~100℃反应2~3h,静置10~15h后过滤得滤渣,用去离子水洗涤滤渣3~5次后置于干燥箱中,在60~80℃下干燥4~6h,得石墨烯/钴铁氧体,取10~20g石墨烯/钴铁氧体,0.06~0.12g氧化铋,0.12~0.24g氧化铝,5~10g无水乙醇,装入球磨机中,以350~400r/min球磨20~24h,球磨结束后转入200~400g质量分数为10%乙醇溶液中,以300W
超声波超声分散20~30min,得共掺杂钴铁氧体分散液,取5~10g正硅酸乙酯,以1~2mL/min滴加入共掺杂钴铁氧体分散液中,以300~400r/min搅拌20~30min,再以1~2mL/min滴加10~20g质量分数为25%氨水,持续搅拌8~10h后过滤得
滤饼,用去离子水洗涤滤饼至洗涤液呈中性,再转入干燥箱中,在60~80℃下干燥4~6h,得硅包覆共掺杂钴铁氧体微波吸收剂。
[0016] 实例1取5g氧化石墨烯,加入2.5L去离子水中,以300W超声波超声分散1h,再加入36g尿素,以
300r/min搅拌30min,得石墨烯分散液,取0.1mol氯化钴,0.2mol氯化亚铁,加入200mL质量分数为0.1%盐酸中,以300r/min搅拌30min,再在氮气氛围下,以1mL/min滴加入石墨烯分散液中,持续搅拌至滴加完毕,再加热至90℃反应2h,静置10h后过滤得滤渣,用去离子水洗涤滤渣3次后置于干燥箱中,在60℃下干燥4h,得石墨烯/钴铁氧体,取10g石墨烯/钴铁氧体,
0.06g氧化铋,0.12g氧化铝,5g无水乙醇,装入球磨机中,以350r/min球磨20h,球磨结束后转入200g质量分数为10%乙醇溶液中,以300W超声波超声分散20min,得共掺杂钴铁氧体分散液,取5g正硅酸乙酯,以1mL/min滴加入共掺杂钴铁氧体分散液中,以300r/min搅拌
20min,再以1mL/min滴加10g质量分数为25%氨水,持续搅拌8h后过滤得滤饼,用去离子水洗涤滤饼至洗涤液呈中性,再转入干燥箱中,在60℃下干燥4h,得硅包覆共掺杂钴铁氧体微波吸收剂。
[0017] 实例2取8g氧化石墨烯,加入3.5L去离子水中,以300W超声波超声分散1h,再加入54g尿素,以
350r/min搅拌35min,得石墨烯分散液,取0.1mol氯化钴,0.3mol氯化亚铁,加入250mL质量分数为0.1%盐酸中,以350r/min搅拌35min,再在氮气氛围下,以1mL/min滴加入石墨烯分散液中,持续搅拌至滴加完毕,再加热至95℃反应2h,静置12h后过滤得滤渣,用去离子水洗涤滤渣4次后置于干燥箱中,在70℃下干燥5h,得石墨烯/钴铁氧体,取15g石墨烯/钴铁氧体,
0.09g氧化铋,0.18g氧化铝,8g无水乙醇,装入球磨机中,以380r/min球磨22h,球磨结束后转入300g质量分数为10%乙醇溶液中,以300W超声波超声分散25min,得共掺杂钴铁氧体分散液,取8g正硅酸乙酯,以1mL/min滴加入共掺杂钴铁氧体分散液中,以350r/min搅拌
25min,再以1mL/min滴加15g质量分数为25%氨水,持续搅拌9h后过滤得滤饼,用去离子水洗涤滤饼至洗涤液呈中性,再转入干燥箱中,在70℃下干燥5h,得硅包覆共掺杂钴铁氧体微波吸收剂。
[0018] 实例3取10g氧化石墨烯,加入5.0L去离子水中,以300W超声波超声分散2h,再加入72g尿素,以400r/min搅拌40min,得石墨烯分散液,取0.2mol氯化钴,0.4mol氯化亚铁,加入300mL质量分数为0.1%盐酸中,以400r/min搅拌40min,再在氮气氛围下,以2mL/min滴加入石墨烯分散液中,持续搅拌至滴加完毕,再加热至100℃反应3h,静置15h后过滤得滤渣,用去离子水洗涤滤渣5次后置于干燥箱中,在80℃下干燥6h,得石墨烯/钴铁氧体,取20g石墨烯/钴铁氧体,0.12g氧化铋,0.24g氧化铝,10g无水乙醇,装入球磨机中,以400r/min球磨24h,球磨结束后转入400g质量分数为10%乙醇溶液中,以300W超声波超声分散30min,得共掺杂钴铁氧体分散液,取10g正硅酸乙酯,以2mL/min滴加入共掺杂钴铁氧体分散液中,以400r/min搅拌
30min,再以2mL/min滴加20g质量分数为25%氨水,持续搅拌10h后过滤得滤饼,用去离子水洗涤滤饼至洗涤液呈中性,再转入干燥箱中,在80℃下干燥6h,得硅包覆共掺杂钴铁氧体微波吸收剂。
[0019] 对照例:江苏某公司生产的微波吸收剂。
[0020] 将实例及对照例的微波吸收剂进行检测,具体检测如下:采用Agilent Technologies E8362B矢量网络测试仪测试样品的介电常数,测试的
频率范围为2-18GHz。测量样品制备过程如下:将待测物与
石蜡以一定的质量比或体积比加热均匀混合,然后浇注到
铜质的标准
法兰中,在空气中
固化后得到22.86mm×10.16mm×
2.52mm的长方体样品。
[0021] 采用
波导法对其在2-18GHz频段内进行电磁参数的测量。
[0022] 具体检测结果如表1。
[0023] 表1检测项目 实例1 实例2 实例3 对照例
复介电常数 0.03 0.01 0.08 1.21
复磁导率 0.94 0.52 0.40 6.55
由表1可知,本发明制备的微波吸收剂对微波有明显的吸收特性,并且随着频率的增加,微波吸收能力增强趋势显著,同时制备工艺简单,成本低廉,具有良好的应用前景。