CN104439273A - 一种FeCo/ZnO复合吸波材料的制备方法 - Google Patents

一种FeCo/ZnO复合吸波材料的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种FeCo/ZnO复合吸波材料的制备方法，包括如下步骤：步骤1，称取一定量的FeSO4和CoCl2溶入蒸馏水中，对混合物料机械搅拌后往其中依次加入所需量的NaOH溶液、水合肼和ZnCl2，得到混合溶液；步骤2，在密封条件下，将步骤1的混合溶液置于反应釜中进行加热反应，其中，所述加热的温度为120～200℃，所述加热的时间为12～15h；步骤3，对经过步骤2反应后得到的产物进行磁性分离、洗涤、干燥处理即可。本发明采用一步水热合成法制备FeCo/ZnO复合材料，该方法用料简单，制备工艺简单，后续处理简单，无需复杂的合成设备，因此本发明方法制备成本低，适合工业大规模生产。

Description

一种FeCo/ZnO复合吸波材料的制备方法
技术领域
本发明涉及一种具有多损耗机制的FeCo/ZnO复合吸波材料的制备方法，属于微波吸收领域。
背景技术
近年来，雷达吸波材料因其在军事、商业中的广泛应用引起越来越多的关注。众所周知，微波吸收材料作为一种功能材料可以有效的吸收雷达波，并且通过材料自身的磁损耗或介电损耗将其转化为热能或其它形式的能量。吸收剂是吸波材料中起关键作用的组成部分，吸波材料主要靠吸收剂来吸收和衰减雷达波。要制备性能优异的吸波材料，必须研制质轻、吸收频带宽、对雷达波具有强吸收的吸收剂。一种吸波性能优异的吸收剂，必须具有很高的阻抗匹配，即可使电磁波完全进入到材料的内部，并尽可能多将其损耗掉进而减小反射。
与传统的磁性金属和铁氧体吸收剂相比较，半导体作为一种新型的介电型吸波材料逐渐受到了广泛关注。如He Shuai等人发现多层的CuS在涂层厚度3.5mm时反射率可以达到-76.4dB(S.He,G.Sheng W.C.Lu,X.Luo,B.Wen,L.Guo,M.S.Cao.ChemPlusChem 2013,78,250-258)。Wang Guang-Sheng等人采用水热法成功制备了棒状的纳米β-MnO2，并将其与聚偏氟乙烯(PVDF)复合，在2.5mm下反射率损耗可达-75dB(G.S.Wang,L.Z.Nie,S.H.Yu,RSC Adv,2012,2,6216–6221)。Zhou Min制备的α-MnO2空心球在1.9mm时也能达到-40dB(M.Zhou,X.Zhang,J.M.Wei,S.L.Zhao,L.Wang,B.X.Feng.J.Phys.Chem.C 2011,115,1398–1402)。
为了利用半导体的优点，并扩展其应用范围，各国科学家纷纷将半导体与磁性材料复合。其吸波性能相对于单一材料会有显著提升，如Liu X.G采用电弧放电法，制备的Fe/ZnO复合物在3mm厚度下，反射率可达到-57.1dB，而同一厚度下，纯Fe及ZnO均小于-40dB(X.G.Liu,D.Y.Geng,H.Meng,P.J.Shang,and Z.D.Zhang,Appl.Phys.Lett.92,2008,173117)。Zhao Biao等人采用两步水热法合成的Ni-SnO2球，与未添加SnO2前，反射率损耗显著提升，达到-18.6dB，用该种方法制备的纯Ni反射率只能达到-5dB(B.Zhao,G.Shao,B.B.Fan,W.Li,X.X.Pian,R.Zhang,Materials Letters 121,2014,118-121)。所以，将磁损耗材料与介电型复合得到多损耗机制的复合材料，将能有效的提高其阻抗匹配和损耗能力。在磁性材料中，铁钴合金具有高的饱和磁化强度和居里温度，特别是当铁钴的原子比为50:50时，居里温度达到最大值，约980℃，在此温度下铁钴合金均具有较好的吸波性能。而且，就其化学稳定性而言，铁钴以固溶体形态存在，抗氧化能力强。尽管有较多的FeCo合成及微波吸收研究文献，但基于多损耗机制的FeCo/半导体复合材料尚无报道。
发明内容
发明目的：针对单一型磁损耗和介电损耗吸收剂存在的不足，本发明所要解决的技术问题是提供一种具有多损耗机制FeCo/ZnO复合吸波材料的制备方法。
ZnO具有高的介电常数，而FeCo合金具有高的饱和磁化强度、磁损耗强、居里温度高的优点，将FeCo合金与半导体ZnO复合可提升电磁波的吸收能力，拓宽频带。
发明内容：为解决上述技术问题，本发明所采用的技术手段为：
一种FeCo/ZnO复合吸波材料的制备方法，包括如下步骤：
步骤1，称取一定量的FeSO4和CoCl2溶入蒸馏水中，对混合物料机械搅拌后往其中依次加入所需量的NaOH溶液、水合肼和ZnCl2，得到混合溶液；
步骤2，在密封条件下，将步骤1的混合溶液置于反应釜中进行加热反应，其中，所述加热的温度为120～200℃，所述加热的时间为12～15h；
步骤3，对经过步骤2反应后得到的产物进行磁性分离，再进行洗涤、干燥处理即可。
其中，步骤1中，对于每1mmol FeSO4，CoCl2的加入量为1mmol。
其中，步骤1中，所述NaOH溶液的浓度为3mol/L。
其中，步骤1中，对于每1mmol FeSO4，NaOH溶液的加入量为5ml。
其中，步骤1中，对于每1mmol FeSO4，水合肼的加入量为1.25mL。
其中，步骤1中，对于每1mmol FeSO4，ZnCl2的加入量为1mmol。
其中，步骤3中，所述洗涤是采用无水乙醇和蒸馏水进行洗涤。
其中，步骤3中，所述干燥的条件为在真空条件下，所述干燥温度为60℃，干燥时间为12h。
有益效果：相比于现有技术，本发明采用一步水热合成法制备FeCo/ZnO复合吸波材料，该方法用料简单，制备工艺简单，后续处理简单，无需复杂的合成设备，因此制备成本低，适合工业大规模生产；另外，本发明方法制备得到的FeCo/ZnO复合吸波材料应用范围非常广泛，其不仅具有较强的磁性能和较宽的吸收频带，同时还能结合ZnO半导体的介电损耗和FeCo合金的磁损耗，使材料的吸波性能达到最优。
附图说明
图1为FeCo合金与实施例1、2、3制备得到的FeCo/ZnO复合材料的X射线衍射图；
图2为实施例1、2、3制备得到的FeCo/ZnO复合材料的EDX图；
图3为FeCo合金的电镜扫描FE-SEM照片；
图4为FeCo/ZnO复合材料的电镜扫描FE-SEM照片；
图5ZnO、FeCo合金以及FeCo/ZnO复合材料的反射损耗曲线；
图6为在加热反应时间分别为12、15、20h时制得的FeCo/ZnO复合材料的反射损耗曲线；
图7为在加热反应温度分别为130、140、150℃下时制得的FeCo/ZnO复合材料的反射损耗曲线。
具体实施方式：
以下结合附图和具体实施例对本发明的技术内容作进一步说明。
实施例1：
一种FeCo/ZnO复合吸波材料的制备方法，包括如下步骤：
步骤1，称取4mmolFeSO4和4mmol CoCl2溶于50ml蒸馏水中进行机械搅拌，对混合物料机械搅拌后往其中依次加入20mL3mol/L的NaOH溶液、5ml水合肼和4mmolZnCl2，得到混合溶液；
步骤2，在密封条件下，将步骤1的混合溶液置于反应釜中进行加热反应，其中，加热的温度为150℃，加热的时间为12h；
步骤3，反应完毕后，将反应后得到的产物冷却至室温后进行磁性分离，再对产物采用无水乙醇和蒸馏水反复清洗，清洗后于真空条件下，温度60℃下干燥12h即可。
实施例2：
实施例2的制备方法与实施例1的制备方法基本一致，仅步骤2中的加热温度和加热时间不同，实施例2的步骤2中加热温度为140℃，加热的时间为15h。
实施例3：
实施例3的制备方法与实施例1的制备方法基本一致，仅步骤2中的加热温度和加热时间不同，实施例2的步骤2中加热温度为130℃，加热的时间为13h。
实施例4：
实施例4的制备方法与实施例1的制备方法基本一致，仅步骤2中的加热温度和加热时间不同，实施例2的步骤2中加热温度为200℃，加热的时间为15h。
图1为FeCo合金与实施例1、2、3制备得到的FeCo/ZnO复合材料X射线衍射图，从XRD图中可以看出，FeCo合金在(110)晶面出现明显的特征衍射峰，当与ZnO复合后，衍射峰中出现了ZnO的101、100、002、102衍射面，且FeCo衍射峰仍存在，表明制备的产物为FeCo/ZnO复合物。
图2为实施例1、2、3制备得到的FeCo/ZnO复合材料的EDX图，从图中可以看出，制得的FeCo/ZnO复合材料含有Fe,Co,Zn三种元素。
图3为纯的FeCo合金的电镜扫描FE-SEM照片，从图中可以看出，纯的FeCo呈现六角锥形。
图4为FeCo/ZnO复合材料的FE-SEM照片，从图中可以看出，ZnO颗粒均匀的分布在六角圆锥状FeCo合金的表面，且呈现笔状物。
图5为纯的ZnO、纯的FeCo合金与FeCo/ZnO复合材料的介电损耗图，从图中可以看出，相比于纯的FeCo和ZnO，FeCo/ZnO复合材料介电损耗有显著的提升。
图6为在水热反应时间分别为12、15、20h下，制得的FeCo/ZnO复合材料的反射损耗图，从图中可以明显看出，当加热反应时间为12h时，涂层厚度为1.5mm下时，反射损耗最低可达到-31dB；虽然比15h时的反射损耗要小，但吸收频带更宽，因此反应时间为12h时，FeCo/ZnO复合材料的吸波性能最好。
图7为在水热反应温度分别为130、140、150℃，反应时间均为12小时下，得到的FeCo/ZnO复合物的反射损耗图，从图中可以看出，当反应温度为150℃时，反射损耗可达到-31dB；当反应温度为130和140℃时，反射损耗分别为-18dB和-17dB，因此当反应温度为150℃时，FeCo/ZnO复合材料的吸波性能最好。
本发明方法能够在六角圆锥型铁钴合金的表面均匀分布长3～4μm、宽200～300nm左右的笔状物ZnO颗粒，本发明采用一步水热法能够快速制得多损耗机制、吸波性能优异的复合材料，在较低涂层厚度下，相比纯的FeCo和ZnO，复合材料的吸波性能有显著的提升，本发明制备方法工艺简单可控，价格低廉，适合工业化生产。
本发明FeCo/ZnO复合材料中铁钴合金具有高的饱和磁化强度、高的磁损耗和高的居里温度，从而可以弥补ZnO半导体的不足，另外，复合材料中ZnO半导体呈棒状结构，棒状结构的ZnO半导体处于单分散状态，没有出现团聚现象，棒状结构的ZnO半导体环绕在六角圆锥型的FeCo的周围，进而有效的提升了复合材料的介电损耗能力和阻抗匹配性能，因此复合材料的吸波性能得到了大幅度的提升，本发明复合材料应用范围非常广泛，例如可作为轻质电磁屏蔽材或制作微电子元件等。

Claims (8)

1.一种FeCo/ZnO复合吸波材料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤1，称取一定量的FeSO4和CoCl2溶入蒸馏水中，对混合物料机械搅拌后往其中依次加入所需量的NaOH溶液、水合肼和ZnCl2，得到混合溶液；
步骤2，在密封条件下，将步骤1的混合溶液置于反应釜中进行加热反应，其中，所述加热的温度为120～200℃，所述加热的时间为12～15h；
步骤3，对经过步骤2反应后得到的产物进行磁性分离，再进行洗涤、干燥处理即可。
2.根据权利要求1所述的FeCo/ZnO复合吸波材料的制备方法，其特征在于：步骤1中，对于每1mmol FeSO4，CoCl2的加入量为1mmol。
3.根据权利要求1所述的FeCo/ZnO复合吸波材料的制备方法，其特征在于：步骤1中，所述NaOH溶液的浓度为3mol/L。
4.根据权利要求1所述的FeCo/ZnO复合吸波材料的制备方法，其特征在于：步骤1中，对于每1mmol FeSO4，NaOH溶液的加入量为5ml。
5.根据权利要求1所述的FeCo/ZnO复合吸波材料的制备方法，其特征在于：步骤1中，对于每1mmol FeSO4，水合肼的加入量为1.25mL。
6.根据权利要求1所述的FeCo/ZnO复合吸波材料的制备方法，其特征在于：步骤1中，对于每1mmol FeSO4，ZnCl2的加入量为1mmol。
7.根据权利要求1所述的FeCo/ZnO复合吸波材料的制备方法，其特征在于：步骤3中，所述洗涤是采用无水乙醇和蒸馏水进行洗涤。
8.根据权利要求1所述的FeCo/ZnO复合吸波材料的制备方法，其特征在于：步骤3中，所述干燥的条件为在真空条件下，所述干燥温度为60℃，干燥时间为12h。
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