CN101336070A - 一种用于吸波材料的纳米复合α-Fe及其制备方法 - Google Patents
一种用于吸波材料的纳米复合α-Fe及其制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN101336070A CN101336070A CNA2008100320080A CN200810032008A CN101336070A CN 101336070 A CN101336070 A CN 101336070A CN A2008100320080 A CNA2008100320080 A CN A2008100320080A CN 200810032008 A CN200810032008 A CN 200810032008A CN 101336070 A CN101336070 A CN 101336070A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- ferritin
- nano composite
- composite alpha
- alpha
- iron
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Images
Landscapes
- Powder Metallurgy (AREA)
- Compounds Of Iron (AREA)
- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
Abstract
本发明涉及一种碳纳米材料及其制备方法。本发明采用生物模板技术，以生物铁蛋白为原料，使铁蛋白溶解为一定浓度的胶状溶液，分别采用脱除或直接使用或添加部分铁含量物质，真空冷冻干燥，真空或保护气氛烧结，制得α－Fe粒径3～10nm的纳米复合α－Fe。本发明方法具有工艺简单，操作方便，通过控制铁蛋白中铁的含量，可以控制所制备的纳米复合α－Fe的尺寸的特点。制备的纳米复合α－Fe，由于蛋白球壳包裹在单个纳米微粒表面，在一定温度下，蛋白球壳炭化，形成厚为1nm左右的均匀碳膜壳，有利于纳米材料本身的稳定(如抗氧化、防腐蚀等)。该法制备的纳米复合α－Fe主要用作雷达波吸收剂，吸波涂层及吸波材料，具有吸波性能强、重量轻、材料稳定性好等优良特性。
Description
技术领域
本发明涉及碳纳米材料及其用生物模板技术制备碳纳米材料的方法，尤其是以生物铁蛋白为原料，制备的碳包覆纳米金属材料及其制备方法。
背景技术
纳米α-Fe作为一种重要的纳米磁性材料，其在光、热、电、磁，表面活性等方面显示出与粗粒材料不同的许多奇异特性，将其用于吸波材料，由于尺寸小、比表面积大，因而其颗粒表面原子比例高，悬挂的化学键多，界面极化增大，高的比表面积造成多重散射，使电磁波易于被吸收；另一方面，量子尺寸效应的存在使得纳米α-Fe粒子的电子能级分裂，分裂的能级间隔正好处于微波的能量范围(10-2～10-4eV)，这为纳米α-Fe的吸波创造了新的吸波通道，增强了吸波性能。将纳米α-Fe包裹在纳米碳壳中成为纳米复合α-Fe，不但保持了纳米α-Fe原有特性，还减轻了纳米磁性材料非常严重的团聚现象，同时碳壳本身也是一种电损耗型吸波材料，有利于进一步增强材料的吸波性能，而且因为碳壳的保护，纳米复合α-Fe的抗氧化、抗腐蚀性能大为提高。
生物模板技术是利用生物铁蛋白为模板的制备纳米材料技术。铁蛋白(ferritin)球体存在于哺乳动物、植物及某些细菌中。铁蛋白分子结构由蛋白壳和铁核组成，单个蛋白球体的外径为12nm，内有一直径为8nm的腔体；蛋白壳有一定的弹性，在弹性限度内，可以适当扩张腔体的内径；该内腔通过16个分布在球壳上的，直径为0.5nm的孔径道与外界相通，铁离子通过孔径道进出蛋白腔体中。
用生物模板技术制备纳米复合α-Fe的方法，目前在国内外未见报道。中国专利CN1554727A公开了一种以生物材料淀粉为基质制备碳包覆纳米α-Fe的方法，其所得碳包覆纳米粒子粒径在20～100nm之间，包覆碳层厚度在5～8nm左右，如果用于吸波涂层，是无法达到本方法制备的纳米复合α-Fe如此小的密度，也因此会加重吸波涂层的重量，不利于实际应用中对吸波涂层要“轻”的要求。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于吸波材料的纳米复合α-Fe及其的制备方法。
本发明的技术方案是用生物模板技术，以生物铁蛋白为原料，使铁蛋白溶解为一定浓度的胶状溶液，根据对产品尺寸的不同要求，分别采用脱除或直接使用或添加部分铁含量，再真空冷冻干燥，真空或保护气氛烧结，制得α-Fe粒径3～10nm的纳米复合α-Fe。
制备方法1：
(1)将原铁蛋白溶解于去离子水中形成0.01g/ml～10g/ml铁蛋白胶状溶液。
(2)搅拌1～3小时，真空冷冻干燥，得到干燥样品。
(3)将干燥样品真空或保护气氛烧结，烧结温度为400℃～900℃，时间1～5小时，制得纳米复合α-Fe。
制备方法2：
(1)将原铁蛋白溶解于去离子水中形成0.01g/ml～10g/ml铁蛋白胶状溶液。
(2)加入醋酸和醋酸钠的缓冲溶液将铁蛋白胶状溶液PH值控制在4.0～8.0范围，加入0.05～1mol/L的除铁剂，降低蛋白腔体中的铁浓度，得到铁原子摩尔数与铁蛋白摩尔数之比小于100的胶状铁蛋白溶液。
(3)搅拌1～3小时，真空冷冻干燥。
(4)真空或保护气氛烧结，烧结温度为400℃～900℃，时间1～5小时，制得粒径＜5nm的纳米复合α-Fe。
除铁剂是连二亚硫酸钠、巯基乙酸、NADH(还原型烟酰胺腺漂呤二核苷酸)、FMN(还原型黄素单核苷酸)等物质中的任何一种。
制备方法3：
(1)将原铁蛋白溶解于去离子水中形成0.01g/ml～10g/ml铁蛋白胶状溶液。
(2)加入三羟甲基氨基甲烷和盐酸的缓冲溶液将铁蛋白胶状溶液PH值控制在8.0～10.0范围内，加入0.05～1mol/L的含铁物质，使铁离子进入铁蛋白腔体中，得到铁原子摩尔数与铁蛋白摩尔数之比大于1400的铁蛋白溶液。
(3)搅拌1～3小时，真空冷冻干燥。
(4)真空或保护气氛烧结，烧结温度为400℃～900℃，时间1～5小时，制得粒径＞7m的纳米复合α-Fe。
含铁物质是氯化亚铁、硫酸亚铁、硝酸铁、醋酸亚铁、草酸铁、柠檬酸铁、氯化铁、硫酸铁等物质中的任何一种。
上述三种方法中，铁蛋白是一种存在于哺乳动物、植物及某些细菌中的蛋白球体，保护气氛是高纯氮气、高纯氩气、氢气和氮气混合气中的一种。
本发明的方法具有制备工艺简单，操作方便，易于控制，通过控制铁蛋白中铁的含量，可以控制所制备的纳米复合α-Fe的尺寸的特点。制备的纳米复合α-Fe，具有比重小(约2.0kg/m3)，α--Fe粒径3～10nm，由于蛋白球壳包裹在单个纳米微粒表面，在一定温度下，蛋白球壳炭化，形成厚为1～2nm左右的均匀碳壳，有利于纳米材料本身的稳定(如抗氧化、防腐蚀等)。
附图说明
图1是本发明实施例1工艺制得的纳米复合α-Fe微粒的透射电镜照片。
图2是本发明实施例1工艺制得的纳米复合α-Fe微粒的XRD谱图。
图3是本发明实施例5工艺制得的纳米复合α-Fe微粒制备的1.6mm阻抗匹配板反射率图。
从图1照片中可见，铁核直径在5～7nm，碳壳约1～2nm包覆在铁核上。
从图2看出谱线中只存在α-Fe及Fe3P衍射峰，且α-Fe峰很高，未见C衍射峰。可见纳米复合核壳结构中核心主要由α-Fe构成，同时含少量Fe3P晶体，这是由铁蛋白的成分决定的。
具体实施方式
实施例1
将1g铁蛋白粉溶解在20ml去离子水中，配成铁蛋白溶液，得到铁蛋白溶液，搅拌1小时，放置在不锈钢容器中进行真空冷冻干燥。干燥后的样品在600℃下真空烧结3小时，得到纳米复合α-Fe微粒。
所得样品测定比重为1.967g/cm3。
实施例2
将1.2g铁蛋白粉溶解在30ml去离子水中，配成铁蛋白溶液，加入醋酸和醋酸钠的缓冲溶液将铁蛋白胶状溶液PH值控制在4.0～8.0范围，加入4g的连二亚硫酸钠，反应20小时，得到低铁蛋白溶液搅拌1小时，放置在不锈钢容器中进行真空冷冻干燥，干燥后的样品在700℃下高纯氮气保护下烧结3小时，得到纳米复合α-Fe微粒。
实施例3
将2.4g铁蛋白粉溶解在30ml去离子水中，配成铁蛋白溶液，加入三羟甲基氨基甲烷和盐酸的缓冲溶液将铁蛋白胶状溶液PH值控制在8.0～10.0范围内，加入0.2mol/l醋酸亚铁20ml，两种溶液混合后反应2小时，得到高铁蛋白溶液搅拌1小时，放置在不锈钢容器中进行真空冷冻干燥，干燥后的样品在500℃下氢气和氮气保护下烧结1小时，得到纳米复合α-Fe微粒。
实施例4
将1.5g铁蛋白粉溶解在5ml去离子水中，配成铁蛋白溶液，搅拌1小时，放置在不锈钢容器中进行真空冷冻干燥，干燥后的样品在600℃下高纯氮气保护下烧结1小时，得到纳米复合α-Fe微粒。
实施例5
将100g铁蛋白粉溶解在2000ml去离子水中，配成铁蛋白溶液，搅拌3小时，放置在不锈钢容器中进行真空冷冻干燥，干燥后的样品在650℃下真空下烧结3小时，得到纳米复合α-Fe微粒。
应用实施例5所制备的纳米复合α-Fe微粒制作180×180mm吸波涂层板。使用环氧树脂与固化剂重量比例3∶1配成粘结剂，纳米复合α-Fe粉末与粘结剂充分混合涂覆在长宽厚为180mm×180mm×6mm平直铝板上，根据阻抗匹配原理，从铝板表面向外涂覆5层，每一层纳米复合α-Fe粉末所占比例分别为60％，30％，15％，7.5％，0％；每一层的厚度分别为0.6mm，0.4mm，0.2mm，0.2mm，0.2mm；总厚度为1.6mm。经测量，该涂层面密度为2.08g/cm2，较一般的铁氧体吸波材料面密度降低50％；其反射率低于-10dB的带宽可达4GHz，谐振频率点的反射率为-25dB。
Claims (9)
1.一种用于吸波材料的纳米复合α-Fe，壳核结构，其特征在于：纳米α-Fe外层被球型纳米碳壳包裹，α-Fe粒径3～10nm，碳壳厚1～2nm，纳米复合α-Fe的密度在1.90～2.10kg/m3。
2.一种制备权利要求1所述纳米复合α-Fe的方法，其特征在于：以铁蛋白为原料，将铁蛋白溶解于去离子水中形成0.01g/ml～10g/ml铁蛋白胶状溶液，搅拌1～3小时，真空冷冻干燥，真空或保护气氛烧结，得到纳米复合α-Fe。
3.一种制备权利要求1所述纳米复合α-Fe的方法，其特征在于：以铁蛋白为原料，将铁蛋白溶解于去离子水中形成0.01g/ml～10g/ml铁蛋白胶状溶液，加入醋酸和醋酸钠的缓冲溶液将溶液PH值控制在4.0～8.0范围，加入0.05mol/L～1mol/L除铁剂，反应15～25小时，降低蛋白腔体中的铁浓度，得到铁原子摩尔数与铁蛋白摩尔数之比小于100的胶状铁蛋白溶液，搅拌1～3小时，真空冷冻干燥，真空或保护气氛烧结，得到纳米复合α-Fe。
4.一种制备权利要求1所述纳米复合α-Fe的方法，其特征在于：以铁蛋白为原料，将铁蛋白溶解于去离子水中形成0.01g/ml～10g/ml铁蛋白胶状溶液，加入三羟甲基氨基甲烷和盐酸的缓冲溶液将溶液PH值控制在8.0～10.0范围内，加入0.05mol/L～1mol/L的含铁物质，反应1～3小时，使铁离子进入铁蛋白腔体中，得到铁原子摩尔数与铁蛋白摩尔数之比大于1400的高铁蛋白溶液，搅拌1～3小时，真空冷冻干燥，真空或保护气氛烧结，得到纳米复合α-Fe。
5.根据权利要求2或3或4所述纳米复合α-Fe的制备方法，其特征在于：铁蛋白是一种存在于哺乳动物、植物及某些细菌中的蛋白球体。
6.根据权利要求2或3或4所述纳米复合α-Fe的制备方法，其特征在于：保护气氛是高纯氮气、高纯氩气、氢气和氮气混合气中的一种。
7.根据权利要求2或3或4所述纳米复合α-Fe的制备方法，其特征在于：烧结温度为400℃～900℃，时间1～5小时。
8.根据权利要求3所述纳米复合α-Fe的制备方法，其特征在于：除铁剂是连二亚硫酸钠、巯基乙酸、NADH(还原型烟酰胺腺漂呤二核苷酸)、FMN(还原型黄素单核苷酸)等物质中的任何一种。
9.根据权利要求4所述纳米复合α-Fe的制备方法，其特征在于：含铁物质是氯化亚铁、硫酸亚铁、硝酸铁、醋酸亚铁、草酸铁、柠檬酸铁、氯化铁、硫酸铁等物质中的任何一种。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN2008100320080A CN101336070B (zh) | 2008-08-06 | 2008-08-06 | 一种用于吸波材料的纳米复合α-Fe及其制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN2008100320080A CN101336070B (zh) | 2008-08-06 | 2008-08-06 | 一种用于吸波材料的纳米复合α-Fe及其制备方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN101336070A true CN101336070A (zh) | 2008-12-31 |
| CN101336070B CN101336070B (zh) | 2011-07-20 |
Family
ID=40198287
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN2008100320080A Active CN101336070B (zh) | 2008-08-06 | 2008-08-06 | 一种用于吸波材料的纳米复合α-Fe及其制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN101336070B (zh) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101853727A (zh) * | 2010-05-21 | 2010-10-06 | 山东大学 | 一种铁-碳纳米复合电磁波吸收材料及其制备方法 |
| CN109811268A (zh) * | 2019-01-23 | 2019-05-28 | 江西理工大学 | 一种球状FeSiCr磁性纳米吸波材料及其制备方法 |
| CN113333743A (zh) * | 2021-05-28 | 2021-09-03 | 大连理工大学 | 一种壳核结构的碳包覆铁基纳米晶合金复合粉体电磁波吸收剂及其制备方法 |
| CN113683124A (zh) * | 2021-09-08 | 2021-11-23 | 北航成都航空动力创新研究院有限公司 | 一种片状羰基铁粉及其制备方法 |
| CN114192080A (zh) * | 2021-12-09 | 2022-03-18 | 安徽工业大学 | 一种纳米铁基粒子及其制备方法和应用 |
-
2008
- 2008-08-06 CN CN2008100320080A patent/CN101336070B/zh active Active
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101853727A (zh) * | 2010-05-21 | 2010-10-06 | 山东大学 | 一种铁-碳纳米复合电磁波吸收材料及其制备方法 |
| CN109811268A (zh) * | 2019-01-23 | 2019-05-28 | 江西理工大学 | 一种球状FeSiCr磁性纳米吸波材料及其制备方法 |
| CN113333743A (zh) * | 2021-05-28 | 2021-09-03 | 大连理工大学 | 一种壳核结构的碳包覆铁基纳米晶合金复合粉体电磁波吸收剂及其制备方法 |
| CN113333743B (zh) * | 2021-05-28 | 2022-08-16 | 大连理工大学 | 一种壳核结构的碳包覆铁基纳米晶合金复合粉体电磁波吸收剂及其制备方法 |
| CN113683124A (zh) * | 2021-09-08 | 2021-11-23 | 北航成都航空动力创新研究院有限公司 | 一种片状羰基铁粉及其制备方法 |
| CN113683124B (zh) * | 2021-09-08 | 2023-07-07 | 北航成都航空动力创新研究院有限公司 | 一种片状羰基铁粉及其制备方法 |
| CN114192080A (zh) * | 2021-12-09 | 2022-03-18 | 安徽工业大学 | 一种纳米铁基粒子及其制备方法和应用 |
| CN114192080B (zh) * | 2021-12-09 | 2024-03-26 | 安徽工业大学 | 一种纳米铁基粒子及其制备方法和应用 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN101336070B (zh) | 2011-07-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Tian et al. | ZIF-67-derived Co/C embedded boron carbonitride nanotubes for efficient electromagnetic wave absorption | |
| Wang et al. | A review on carbon/magnetic metal composites for microwave absorption | |
| Zhao et al. | Composition optimization and microstructure design in MOFs-derived magnetic carbon-based microwave absorbers: a review | |
| Wang et al. | Carbon nanotubes decorated Co/C from ZIF-67/melamine as high efficient microwave absorbing material | |
| Ahmad et al. | Efficient reduction of waste water pollution using GO/γMnO2/Pd nanocomposite as a highly stable and recoverable catalyst | |
| CN108690556B (zh) | 一种还原氧化石墨烯/多壁碳纳米管/镍铁氧体三元纳米复合吸波材料的制备方法 | |
| CN104610913B (zh) | 一种以MOFs分子结构为模板的微波吸收材料的制备方法 | |
| CN109712769A (zh) | 一种MXene-磁性金属复合材料及其制备方法 | |
| Peng et al. | Progress in graphene-based magnetic hybrids towards highly efficiency for microwave absorption | |
| CN110790316B (zh) | 铁氧化物-氮掺杂碳微米管复合吸波材料及其制备方法 | |
| Xu et al. | γ-Fe2O3 and Fe3O4 magnetic hierarchically nanostructured hollow microspheres: Preparation, formation mechanism, magnetic property, and application in water treatment | |
| CN104722777B (zh) | 一种淀粉稳定化纳米零价铁的快速制备方法 | |
| CN101336070B (zh) | 一种用于吸波材料的纳米复合α-Fe及其制备方法 | |
| CN108439376A (zh) | 一种负载磁性纳米粒子的石墨烯气凝胶复合材料的制备方法 | |
| CN104479626B (zh) | 一种石墨化多壁碳纳米管/纳米粒子复合吸波剂及其制备方法 | |
| CN113347863B (zh) | 一种磁性金属mof衍生的磁电共损吸波剂及制备方法 | |
| CN102533216A (zh) | 一种空心半球结构四氧化三铁/还原氧化石墨烯复合吸波材料及制备方法 | |
| Gao et al. | In situ controllable synthesis of magnetite nanocrystals/CoSe2 hybrid nanobelts and their enhanced catalytic performance | |
| Rostami et al. | A facile preparation of ZnFe 2 O 4–CuO-N/B/RGO and ZnFe 2 O 4–CuO–C 3 N 4 ternary heterojunction nanophotocatalyst: characterization, biocompatibility, photo-Fenton-like degradation of MO and magnetic properties | |
| CN115491177B (zh) | 一种mof衍生的碳基磁性纳米复合电磁波吸收材料及其制备方法 | |
| Gan et al. | Layered double hydroxides derived 3D flower-like FeNi@ C microspheres as lightweight and high-efficient electromagnetic wave absorber | |
| Wang et al. | A review of recent advancements in Ni-related materials used for microwave absorption | |
| CN106311248A (zh) | 一种铁酸锌/碳/氧化锌纳米复合材料及其制备的方法 | |
| CN101436670A (zh) | 一种燃料电池阴极催化剂及其制备方法 | |
| CN112165848A (zh) | 石墨烯负载磁性金属或其氧化物的复合吸波材料及其制备方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |