CN104356646A - 铁氧体/导电高分子多相复合吸波材料的制备方法 - Google Patents

铁氧体/导电高分子多相复合吸波材料的制备方法 Download PDF

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Abstract

铁氧体/导电高分子多相复合吸波材料的制备方法，属于吸波材料技术领域，先将纳米级铁氧体、导电高分子单体和盐酸水溶液混合超声分散后滴加引发剂过硫酸铵，取所得反应产物经过滤分离，再以水、乙醇清洗至滤液无色后，经真空干燥，即得复合材料；再将复合材料压制成片状材料，经微波辐照处理，再将微波处理后的粉体与盐酸溶液混合12小时后，以去离子水清洗，然后再经真空干燥，即得铁氧体/导电高分子多相复合吸波材料。通过该方法可将微波能量迅速转换为热能，实现对铁氧体/导电高分子复合材料中铁氧体表层聚苯胺结构碳化改性，从而形成多相结构的吸波材料，优化复合材料的阻抗匹配性，提升材料吸波性能。

Description

铁氧体/导电高分子多相复合吸波材料的制备方法
技术领域
本发明属于吸波材料技术领域，具体涉及铁氧体/导电高分子多相复合吸波材料的制备技术。
背景技术
核壳结构吸波材料结合了物理共混和多层吸波体两种结构的优点，不仅形成了具有磁损耗、电损耗的多层结构，而且纳米级复合颗粒可以均匀分散在吸波基体中；同时，核壳结构的形成，还能有效改变不同组份自身的缺陷。因此核壳结构型纳米吸波材料具有非常好的应用前景。而对核壳结构的复合材料界面结构改性将能进一步提升材料吸波性能、拓宽吸波频带。由于微波场对极性介质具有很强的耦合作用，因此极性磁介质材料在微波场下可以由内而外迅速到达高温状态，从而实现对材料表层原位修饰。
发明内容
本发明的目的在于提供一种操作简单的微波加热改性方法，从而制得宽频、高效的吸波材料。
本发明包括以下步骤：
1）将纳米级铁氧体、导电高分子单体和盐酸水溶液混合超声分散后置于-1～0℃环境中搅拌至混合体的温度至 1～10℃后，滴加引发剂过硫酸铵，待反应结束，取所得反应产物经过滤分离，再以水、乙醇清洗至滤液无色后，经真空干燥，即得铁氧体/导电高分子复合材料；
2）将上述铁氧体/导电高分子复合材料压制成片状材料；
3）将片状材料放入微波辐照处理；
4）将微波处理后的粉体与盐酸溶液混合12小时后，以去离子水清洗，然后再经真空干燥，即得铁氧体/导电高分子多相复合吸波材料。
本发明的优点在于：
1、利用复合材料自身的吸波性能，采用微波加热的方法对铁氧体表层原位修饰，构筑得到多相吸波材料。
2、本发明对材料界面的改性具有操作方便、简单易行、能源利用率高的特点，同时也适合于大规模的改性处理。
3、本发明通过控制微波处理的时间，控制铁氧体表层修饰的程度，从而得到一系列电磁参数不同的吸波材料。
4、本发明通过盐酸实现了二次掺杂，得取的产品稳定性好，掺杂浓度可控且高。
另外，本发明所述纳米级铁氧体中的磁性介质为六角M型铁氧体、六角W型铁氧体、六角Z型铁氧体、尖晶石型铁氧体，或以上各型铁氧体元素的掺杂改性物。铁氧体磁性材料具有相对较高的磁晶各向异性，高饱和磁化强度、高矫顽力和优良的化学稳定性；同时纳米级磁性材料由于本身颗粒小，使得界面组元所占比例极大，尺寸效应和界面效应对材料的吸波性能均有较强的提升作用。
优选的纳米级铁氧体为BaFe12O19、BaFe16O27或Ba3Fe24O41。
所述真空干燥的温度条件为50℃。由于在80℃条件下掺杂态聚苯胺分子链易发生脱掺杂作用，而如果发生了这样的脱掺杂作用将影响到材料对电磁波的电损耗性能，因此需要控制干燥时的温度，而在真空条件下50℃干燥可以实现在不发生脱掺杂作用的同时对粉体进行干燥处理。
本发明所述微波辐照处理的微波辐照频率为2.45GHz，辐照功率为200w。市场上微波炉的频率均为2.45GHz，而控制辐照功率200w是因为在相对较高的功率下粉体将迅速获得大量的热量而发生起燃现象（大约20秒左右就发生起燃），而在较低的功率下由于粉体获得的热量较少，达不到碳化所需要的温度，因此从实验现象上看将微波的功率控制在200w最有利于控制铁氧体表层聚苯胺的碳化过程。
所述微波辐照处理的辐照时间为20～80s。可根据铁氧体与导电高分子不同的相对含量辐照时间有所不同，并且应低于材料起燃时间。
以苯胺为导电高分子进行复合的优点：1）原料易得、价格低廉、合成方法简单；2）优良的电磁微波吸收性能、化学稳定性好。
附图说明
图1为钡铁氧体/聚苯胺复合材料在200w微波场处理前后的材料拉曼光谱图。
图2的微波处理之后材料的HRTEM图。
具体实施方式
    以下各例中选用BaFe12O19、BaFe16O27或Ba3Fe24O41为纳米级铁氧体。
实施例1：
1、称取1.0200g纳米级铁氧体，量取0.40ml的苯胺单体，加入到40ml的1M盐酸溶液中，超声分散1小时；将此分散体系移至冰水浴中，搅拌1小时；待温度稳定在1～10℃后，逐滴加入1.2038g引发剂过硫酸铵，充分反应20小时；所得反应产物经过滤分离，水、乙醇多次清洗至滤液无色后，50℃真空干燥12小时后，取得钡铁氧体/聚苯胺复合材料。
2、称取0.1401g上述方法制备的钡铁氧体/聚苯胺复合材料，用模具压制成厚度为5.00mm的样品。
3、将样品置于微波炉中心位置，200w微波功率条件下微波处理50秒后取出。
4、将微波处理后的粉体置于1M盐酸溶液中二次掺杂处理12小时，去离子水多次清洗后，50℃真空干燥12h即得到最终产物。
5、验证产物：
将微波改性处理前、后的产物分别取得拉曼光谱图，见图1所示，其中，曲线1为微波处理前，曲线2为微波处理后产品的拉曼光谱图。
从图1对比的微波改性处理前后的产物拉曼光谱图可见：经微波处理后，复合材料中壳层界面聚苯胺的特征吸收峰明显减弱，C=C的伸缩振动峰从1588 cm-1转移至了1582 cm-1，这是分子链中苯环含量增加的体现，说明聚苯胺分子链间发生了碳化交联作用。
实施例2：
1、称取1.0200g钡铁氧体，量取0.50ml的苯胺单体，加入到40ml的1M盐酸溶液中，超声分散1小时；将此分散体系移至冰水浴中，搅拌1小时；待温度稳定在1～10℃后，逐滴加入1.5050g引发剂过硫酸铵，充分反应20小时；所得反应产物经过滤分离，水、乙醇多次清洗至滤液无色后，50℃真空干燥12小时。
2、称取0.1401g上述方法制备的钡铁氧体/聚苯胺复合材料，用模具压制成厚度为5.00mm的样品。
3、将样品置于微波炉中心位置，200w微波功率条件下微波处理50秒后取出。
4、将微波处理后的粉体置于1M盐酸溶液中二次掺杂处理12小时，去离子水多次清洗后，50℃真空干燥12小时即得到最终产物。
5、验证产物：
从图2的微波处理之后材料的HRTEM图中可以看到：局部区域具有明显的衍射晶面条纹，且晶面间距为0.42A，说明此区域为钡铁氧体，衬度较浅的区域为无定形态，这说明通过微波辅助加热处理实现了钡铁氧体/聚苯胺复合材料界面碳化。

Claims (8)

1.铁氧体/导电高分子多相复合吸波材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
1）将纳米级铁氧体、导电高分子单体和盐酸水溶液混合超声分散后置于-1～0℃环境中搅拌至混合体的温度至 1～10℃后，滴加引发剂过硫酸铵，待反应结束，取所得反应产物经过滤分离，再以水、乙醇清洗至滤液无色后，经真空干燥，即得铁氧体/导电高分子复合材料；
2）将上述铁氧体/导电高分子复合材料压制成片状材料；
3）将片状材料放入微波辐照处理；
4）将微波处理后的粉体与盐酸溶液混合12小时后，以去离子水清洗，然后再经真空干燥，即得铁氧体/导电高分子多相复合吸波材料。
2.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于所述纳米级铁氧体中的磁性介质为六角M型铁氧体、六角W型铁氧体、六角Z型铁氧体、尖晶石型铁氧体，或以上各型铁氧体元素的掺杂改性物。
3.根据权利要求2所述制备方法，其特征在于所述纳米级铁氧体为BaFe12O19、BaFe16O27或Ba3Fe24O41。
4.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于所述步骤1）中的真空干燥的温度条件为50℃。
5.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于所述微波辐照处理的微波辐照频率为2.45GHz，辐照功为率200w。
6.根据权利要求5所述制备方法，其特征在于所述微波辐照处理的辐照时间为20～80s。
7.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于所述步骤4）中的真空干燥的温度条件为50℃，时间为12h。
8.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于所述导电高分子为苯胺。
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