CN111170363B - 钒酸钠颗粒在吸波材料领域中的应用、一种吸波材料及其制备方法和应用 - Google Patents

钒酸钠颗粒在吸波材料领域中的应用、一种吸波材料及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明涉及电磁波吸收材料领域，本发明提供了一种棒状或片状结构的NaV3O8颗粒在电磁波吸收领域中的应用；本发明中NaV3O8具有较大的比表面积和良好的导电性，而且由于NaV3O8颗粒呈纳米棒状或片状形态，其棒状或片状结构由于较大散射面积可以引起多次散射进而改善吸波材料的微波吸收性能，也有助于弛豫极化损耗增大。此外，由于NaV3O8颗粒的微观形态特点，更易于通过耦合方式形成导电网络，有利于电导损失，提高吸波性能。同时，NaV3O8对电磁波产生损耗时，具有较大的介电常数，以介电损耗为主；羰基铁粉作为典型的磁性微粉具有较大的磁损耗，两者组合发挥协同作用，获得更加优良的吸波性能。

Description

钒酸钠颗粒在吸波材料领域中的应用、一种吸波材料及其制 备方法和应用
技术领域
本发明涉及电磁波吸收材料领域，具体涉及NaV3O8颗粒在吸波材料领域中的应用、一种吸波材料及其制备方法和应用。
背景技术
随着现代科学技术的迅速发展，人类进入了信息社会。各种电子、电器设备得到前所未有的普及与应用，极大的便利了人类的日常生活，改善了人们的生活环境。随着电子仪器向轻巧、灵敏、小型化的发展趋势日渐明显，电路集成化程度不断提高，由此带来的电磁辐射、电磁干扰等问题成为了影响人们健康生活、设备正常运转的重大因素。为了消除电磁波辐射以及外泄所带来的电磁污染问题，人们进行了大量研究。
吸波材料是指能够吸收或衰减入射的电磁波，并使电磁能转化成热能或其它形式的能量消耗掉或者是使电磁波因干涉而损耗的一类功能材料。良好的吸波材料一般来说具备两种特性：(1)材料的匹配特性，即入射电磁波能最大限度地进入材料内部而不在材料表面发生反射；(2)材料的衰减特性，即进入材料内部的电磁波能迅速的被吸收并衰减，换言之，也就是要求材料具有很高的电磁损耗特性。
羰基铁粉吸波剂是目前最为常用的微波吸收剂之一，是一种典型的磁损耗型吸波材料。但它同时也存在一些缺点，铁氧体一般密度较大，稳定性较差，以及磁导率衰减较快等，限制了铁氧体吸波材料的进一步利用。
近年来，钒酸系嵌锂电极材料由于具有成本低廉，相对环保，高容量等特点而成为关注的热点。其中，研究最多是NaV3O8。由于NaV3O8特殊的晶体结构，而具有较高的理论比容量和合适的脱嵌锂电位，使得NaV3O8在锂离子脱嵌过程中具有较好的结构稳定性。
但是，现有技术中，并没有将NaV3O8应用于微波吸收领域中的报道。
发明内容
本发明的目的在于提供一种NaV3O8颗粒在吸波材料领域中的应用，该NaV3O8颗粒为棒状或片状结构，具有较好的微波吸收特性和宽频效应，能满足微波吸收材料在微型电子产业领域的应用。
本发明的另一个目的在于提供一种吸波材料，所述吸波材料在2～18GHz微波波段内在保持吸收频带宽、匹配厚度薄的特性下，具有微波吸收率高的优异特性。
为了实现上述目的，本发明提供了棒状或片状结构的NaV3O8颗粒在吸波材料领域中的应用。
本发明提供的NaV3O8颗粒为棒状或片状结构，NaV3O8颗粒样品在2～18GHz微波波段内厚度为1.0～2.5mm时的吸收峰值均小于-10dB，具有较好的微波吸收特性；在13.6GHz频率处最小反射率峰值达到-20.15dB(吸收率为99.03％)，频带宽度(R<-10dB)为3.12GHz，具有较好的宽频效应。能满足微波吸收材料在微型电子产业领域的应用。
本发明还提供了一种吸波材料，包括以下质量百分数的组分：NaV3O8颗粒60～100％；所述NaV3O8颗粒为棒状或片状结构；羰基铁粉0～40％。
本发明提供了上述技术方案中的吸波材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)按照NaV3O8的化学组成，将化学计量比的硝酸钠和偏钒酸铵混合后与一水合柠檬酸混合，得到固体混合料；向所述固体混合料中滴加水至出现固液流变状态，得到固液流变态混合物；
(2)将所述固液流变态混合物加热至水热反应温度，进行水热反应，得到NaV3O8前驱体；
(3)将所述NaV3O8前驱体干燥，得到NaV3O8前驱体颗粒；
(4)将所述NaV3O8前驱体颗粒煅烧，得到NaV3O8颗粒，所述NaV3O8颗粒为棒状或片状结构；
(5)将所述NaV3O8颗粒和羰基铁粉研磨混合，得到吸波材料。
优选的，所述步骤(2)中的水热反应的温度为70～90℃；水热反应的时间为8～12h。
优选的，所述步骤(3)中的干燥的温度为95～120℃；干燥的时间为12～24h。
优选的，所述步骤(4)中的煅烧的温度为300～400℃；煅烧的时间为10～12h。
优选的，所述步骤(5)中的研磨混合为球磨混合；所述球磨混合过程添加保护剂。
优选的，所述球磨的球料比为15～20:1；球磨的转速为300～350r/min；球磨的时间为15～20h。
优选的，所述保护剂为无水乙醇或环己烷。
本发明提供了上述技术方案的吸波材料在电磁波吸收领域中的应用。
本发明中NaV3O8颗粒呈纳米棒状或片状形态，其棒状或片状结构由于具有较大散射面积可以使进入NaV3O8颗粒内的入射电磁波发生多次散射，从而迅速被吸收并衰减，具有很高的电磁损耗特性；而且，由于NaV3O8颗粒的微观形态的特点，使其具有较大的比表面积和良好的导电性，有助于弛豫极化损耗增大，更易于通过耦合方式形成导电网络，有利于电导损失，提高吸波性能。
本发明提供的吸波材料包括以下质量百分数的组分：NaV3O8颗粒60～100％；所述NaV3O8颗粒为棒状或片状结构；羰基铁粉0～40％。NaV3O8颗粒对电磁波产生损耗时，具有较大的介电常数，以介电损耗为主；羰基铁粉具有较大的磁损耗，两者组合可以发挥较好的协同作用，提高对电磁波吸收的匹配特性，使吸波材料的输入阻抗与真空阻抗尽可能接近，提高吸波材料反射损耗，从而获得更加优良的吸波性能。实施例的结果表明，本发明提供的吸波材料，在2～18GHz微波波段内在保持吸收频带宽、匹配厚度薄的特性下，具有微波吸收率高的优异特性。
附图说明
图1为本发明的制备方法工艺流程图；
图2为实施例1制备得到的NaV3O8颗粒样品电镜显微照片；
图3为实施例1制备得到的NaV3O8颗粒样品反射损耗图；
图4为实施例2中羰基铁粉：NaV3O8颗粒质量比为0：10，吸波材料的反射损耗图；
图5为实施例3中羰基铁粉：NaV3O8颗粒质量比为1：9，吸波材料的反射损耗图；
图6为实施例4中羰基铁粉：NaV3O8颗粒质量比为2：8，吸波材料的反射损耗图；
图7为实施例5中羰基铁粉：NaV3O8颗粒质量比为4：6，吸波材料的反射损耗图；
图8为实施例2～5中的吸波材料的XRD图。
具体实施方式
本发明提供了NaV3O8颗粒在吸波材料领域中的应用，该NaV3O8颗粒为棒状或片状结构，电镜显微照片如图2。在本发明中，所述棒状或片状结构的NaV3O8颗粒具有较好的微波吸收特性和宽频效应，能满足微波吸收材料在微型电子产业领域的应用。
本发明中，所述NaV3O8颗粒的微观结构为棒状或片状，具有较大的粒径和团聚现象，所述片状或棒状结构可以产生较大的各向异性，并且所述片状或棒状结构由于具备较大散射面积可以引起多次散射进而能满足微波吸收材料在微型电子产业领域的应用。
本发明提供了一种吸波材料，包括以下质量百分数的组分：NaV3O8颗粒60～100％；所述NaV3O8颗粒为棒状或片状结构；羰基铁粉0～40％。
本发明中，所述NaV3O8颗粒的质量百分数进一步优选为60～90％；在本发明中，所述NaV3O8颗粒在吸波材料中的质量百分数可具体为60％、70％、80％和90％；所述羰基铁粉的质量百分数进一步优选为10～40％；在本发明中，所述羰基铁粉在吸波材料中的质量百分数可具体为10％、20％、30％和40％。
本发明中，对羰基铁粉的来源没有特殊要求，采用本领域技术人员熟知的制备方法或购买方式获得即可。本发明中，所述羰基铁粉优选采用本领域技术人员所熟知的购买方式获得。本发明中，所述NaV3O8采用常规的能够得到棒状或片状结构的制备方法即可。本发明中，所述NaV3O8的制备方法优选包括以下步骤：
(1)按照NaV3O8的化学组成，将化学计量比的硝酸钠和偏钒酸铵混合后与一水合柠檬酸混合，得到固体混合料；向所述固体混合料中滴加水至出现固液流变状态，得到固液流变态混合物；
(2)将所述固液流变态混合物加热至水热反应温度，进行水热反应，得到NaV3O8前驱体；
(3)将所述NaV3O8前驱体干燥，得到NaV3O8前驱体颗粒；
(4)将所述NaV3O8前驱体颗粒煅烧，得到NaV3O8颗粒，所述NaV3O8颗粒为棒状或片状结构。
本发明中，按照NaV3O8的化学组成，将化学计量比的硝酸钠和偏钒酸铵混合后与一水合柠檬酸混合，得到固体混合料。本发明中，对所述硝酸钠、偏钒酸铵和一水合柠檬酸的来源没有特殊要求，采用本领域技术人员所熟知的购买方式获得即可。本发明中，首先将所述硝酸钠和所述偏钒酸铵按照NaV3O8的化学组成的化学计量比混合，然后再与所述一水合柠檬酸混合，得到所述固体混合料。本发明中，所述硝酸钠、偏钒酸铵和一水合柠檬酸的质量比优选为1:3:2。本发明对所述混合方式没有特殊要求，采用本领域技术人员所熟知的混合方式即可，具体的，可以采用机械搅拌的方式进行。本发明中，对所述固体混合料优选进行研磨处理，对所述研磨的方式没有特殊要求，采用本领域技术人员人员熟知的研磨方式即可，具体的，在本发明的实施例中，实验室方案优选在研钵中手动研磨。本发明中对所述固体混合料研磨后，优选用250目筛过筛处理。
得到固体混合料后，本发明向所述固体混合料中滴加水至出现固液流变状态。本发明优选将所述固体混合料放入聚四氟乙烯衬里的容器中，向所述固体混合料中滴加水至出现固液流变状态，得到固液流变态混合物。本发明中，所述滴加的方式优先采用逐滴滴加，所述滴加过程中优选对所述固体混合料进行搅拌，至出现固液流变状态后，停止滴加，得到所述固液流变态混合物。
得到固液流变态混合物后，本发明将所述固液流变态混合物加热至水热反应温度进行水热反应，得到NaV3O8前驱体。本发明中，优选将盛有所述固液流变态混合物的聚四氟乙烯衬里的容器转移到不锈钢高压反应釜中，将所述固液流变态混合物加热至水热反应温度，进行水热反应。在本发明中，所述水热反应的温度优选为70～90℃；更优选为80℃；所述水热反应的时间优选为8～12h，更优选为9～11h。
得到NaV3O8前驱体后，本发明将所述NaV3O8前驱体进行干燥处理，得到NaV3O8前驱体颗粒。本发明中，优选将所述不锈钢高压反应釜自然冷却至室温后，对所述NaV3O8前驱体进行干燥处理。本发明中，所述干燥的温度优选为95～120℃；干燥的时间优选为12～24h。本发明中，对所述干燥方式没有特殊要求，采用本领域技术人员熟知的干燥方式即可，具体的，本发明实施例中采用真空干燥的方式进行。
本发明中，所述煅烧前优选对所述NaV3O8前驱体颗粒进行研磨处理，对所述研磨的方式没有特殊要求，采用本领域技术人员熟知的研磨方式即可。本发明实施例中优选在研钵中手动研磨，研磨后的NaV3O8前驱体颗粒粒度优选小于0.05mm。
本发明中，将所述NaV3O8前驱体颗粒煅烧，得到NaV3O8颗粒，所述NaV3O8颗粒为棒状或片状结构。本发明中，所述煅烧的温度优选为300～400℃；煅烧的时间优选为10～12h，更优选为10h。本发明中，对所述煅烧采用的设备没有特殊要求，采用本领域技术人员所熟知的煅烧炉即可，具体的，本发明实施例中优选在马沸炉中进行。
本发明中，随着水热反应的进行，通过控制反应温度，在络合剂一水合柠檬酸的作用下，固液流变态的大块粒子会游离并作为所述棒状或片状结构的NaV3O8颗粒生长的成核位点，其余流变态离子在大块颗粒的表面成核聚集最终形成NaV3O8前驱体颗粒。通过控制所述NaV3O8前驱体颗粒的煅烧温度可以改变产品的形貌，当所述煅烧的温度优选为300～350℃时，煅烧得到的是片状结构的NaV3O8颗粒，当所述煅烧的温度优选为350～400℃时，煅烧得到的是棒状结构的NaV3O8颗粒，主要是由于随着煅烧温度的升高，NaV3O8晶体发生明显的团聚现象，聚集成厚厚的棒状结构。当所述煅烧的温度优选为350℃时两种微观结构的NaV3O8颗粒并存，随机分布。
本发明还提供了上述技术方案所述吸波材料的制备方法，实验流程如图1所示，先制备NaV3O8颗粒，然后与羰基铁粉研磨混合，制备得到吸波材料后，进行样品的吸波性能测试。
本发明提供的所述吸波材料的制备方法包括以下步骤：
将所述NaV3O8颗粒和羰基铁粉研磨混合，得到吸波材料。
本发明按照上述技术方案所述NaV3O8颗粒的制备方法制备得到NaV3O8颗粒，得到所述NaV3O8颗粒后，本发明将所述NaV3O8颗粒和所述羰基铁粉研磨混合，得到所述吸波材料。
本发明中，对所述研磨混合的方式没有特殊要求，采用本领域技术人员所熟知的研磨混合方式即可。在本发明中，所述研磨混合优选为球磨混合，所述球磨混合的过程中优选添加保护剂。本发明中所述保护剂优选为无水乙醇或环己烷，更优选为无水乙醇。本发明中所述球磨的球料比优选为15～20:1，更优选为15:1；球磨的转速优选为300～350r/min，更优选为300r/min；球磨的时间优选为15～20h，更优选为20h。本发明中，采用球磨机进行球磨混合时，优选在室温条件下进行，本发明中所述球磨混合过程中，优选采用粒径大小不同的玛瑙球进行球磨，所述玛瑙球粒径优选为
Figure BDA0002356792440000071
Figure BDA0002356792440000072
和
Figure BDA0002356792440000073
所述粒径为
Figure BDA0002356792440000074
的玛瑙球、粒径为
Figure BDA0002356792440000075
的玛瑙球和粒径为
Figure BDA0002356792440000076
的玛瑙球的质量比优选为2:5:3。
在本发明中，所述球磨混合前，本发明优对所述NaV3O8颗粒和所述羰基铁粉选进行初步混合，在本发明的实施例中，所述初步混合具体为在玛瑙研钵中进行手动研磨。
本发明提供了吸波材料在电磁波吸收领域中的应用。本发明中，所述吸波材料在民事上，优选作为衰减部件、等效天线、智能收费系统部件等；在军事上，优选应用于飞机、导弹、舰船的隐身技术中，降低雷达的散射截面，进而提高防探测、防跟踪性能，降低被攻击的概率。
在本发明中，所述吸波材料在应用方案中形成器件的厚度优选为1.0～3.3mm。
在本发明中，所述吸波材料可应用到房屋粉刷装修当中，例如在办公室、居室的墙壁喷涂吸波材料，形成吸波材料防护层，所述吸波材料防护层能够有效吸收办公、居室内的家用电器、办公设备辐射出的电磁波，同时将外界的大部分电磁波与室内隔离，能够有效防治电磁辐射对人体造成的危害，达到良好的防护效果。在本发明中，所述喷涂的厚度优选为1.0～3.3mm。
本发明中，NaV3O8颗粒具有较大的比表面积和良好的导电性，而且由于NaV3O8颗粒成纳米棒状或片状形态，其片状结构由于较大散射面积可以引起多次散射进而改善吸波材料的微波吸收性能，同时，NaV3O8颗粒对电磁波产生损耗时，具有较大的介电常数，以介电损耗为主；羰基铁粉作为典型的磁性微粉具有较大的磁损耗，两者复合可以发挥较好的协同作用，获得更加优良的吸波性能。
为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。
实施例1
按照化学计量比准确称量反应物硝酸钠、偏钒酸铵混合后与一水合柠檬酸混合，并研磨。将研磨过的粉末放入聚四氟乙烯衬里的容器中，在连续搅拌下加入几滴蒸馏水。一旦出现固液流变状态，将聚四氟乙烯衬里的容器转移到不锈钢高压釜中并在75℃下加热，在不锈钢高压釜中反应8小时，冷却至室温后，得到NaV3O8前驱体颗粒；将NaV3O8前驱体颗粒再次在100℃下真空干燥12小时，并研磨，最后在300℃下在马弗炉中煅烧12小时，即得NaV3O8颗粒。
本发明将得到的NaV3O8颗粒进行性能测试，具体方案如下：按颗粒：石蜡＝7：3(质量比)的比例混合，制成外径和内径分别为7mm和3mm，厚度在3.5mm左右的同轴试样，采用AgilentN5230C微波矢量网络分析仪分别测量试样在2～18GHz频段的复磁导率、复介电常数。然后采用下式计算模拟出单层吸波材料在厚度分别为1.0mm、1.2mm、1.4mm、1.6mm、2.0mm、2.5mm的反射率R。
Figure BDA0002356792440000081
式中的k为传播常数
Figure BDA0002356792440000082
z为波阻抗
Figure BDA0002356792440000083
其中z0为真空的波阻抗，μ0、ε0和d分别为真空磁导率、真空介电常数和吸波涂层厚度，ε′和ε″分别是复介电常数的实部和虚部，μ′和μ″分别为复磁导率的实部和虚部。
性能测试结果如图3所示，图3为NaV3O8颗粒样品在2～18GHz微波波段内厚度分别为1.0mm、1.2mm、1.4mm、1.6mm、2.0mm、2.5mm时的反射率。从图2中可得：在所有厚度当中，复合物的吸收峰值均小于-10dB，具有较好的微波吸收特性；在13.6GHz频率处最小反射率峰值达到-20.15dB(吸收率为99.03％)，频带宽度(R<-10dB)为3.12GHz，具有较好的宽频效应。此时复合物匹配厚度仅为1.2mm，厚度较薄，能满足微波吸收材料在微型电子产业领域的应用。
实施例2
按照化学计量比准确称量反应物硝酸钠、偏钒酸铵混合后与一水合柠檬酸混合，并研磨。将研磨过的粉末放入聚四氟乙烯衬里的容器中，在连续搅拌下加入几滴蒸馏水。一旦出现固液流变状态，将聚四氟乙烯衬里的容器转移到不锈钢高压釜中并在80℃下加热，在不锈钢高压釜中反应10小时，冷却至室温后，得到NaV3O8前驱体颗粒；将NaV3O8前驱体颗粒再次在95℃下真空干燥12小时，并研磨，最后在350℃下在马弗炉中煅烧11小时，即得NaV3O8颗粒。
根据羰基铁粉：NaV3O8颗粒的质量比为0：10称取上述NaV3O8颗粒和羰基铁粉，在玛瑙研钵中混合均匀，用卧式球磨机对混合粉末在室温下进行球磨，球磨过程中玛瑙珠球和粉末样品按15：1质量比放入玛瑙罐中，玛瑙球粒径为
Figure BDA0002356792440000091
和
Figure BDA0002356792440000092
球磨时间为15小时，转速设置在350r/min，球磨的同时加入无水乙醇作保护剂，可以有效避免混合粉末在球磨过程中发生团聚。球磨后的粉末为羰基铁粉：NaV3O8颗粒质量比为0：10吸波材料。
本发明将得到的羰基铁粉：NaV3O8颗粒质量比为0：10吸波材料进行性能测试，具体方案如下：按吸波材料：石蜡＝7：3(质量比)的比例混合，制成外径和内径分别为7mm和3mm，厚度在3.5mm左右的同轴试样，采用Agilent N5230C微波矢量网络分析仪分别测量试样在2～18GHz频段的复磁导率、复介电常数。然后采用下式计算模拟出单层吸波材料在厚度分别为1.4mm、1.7mm、1.9mm、2.3mm、2.7mm的反射率R。
性能测试结果如图4所示，图4为羰基铁粉：NaV3O8颗粒质量比为0：10吸波材料在2～18GHz微波波段内厚度分别为1.4mm、1.7mm、1.9mm、2.3mm、2.7mm时的反射率。从图中可得：当厚度在1.4～2.7mm时，此吸波材料在Ku波段(12～18GHz)具有优良的微波吸收效果；当复合物厚度为1.9mm时，在(Ku波段内)12.24GHz频率处反射率最小峰值可达-29.04dB(吸收率为99.87％)。
实施例3
按照化学计量比准确称量反应物硝酸钠、偏钒酸铵混合后与一水合柠檬酸混合，并研磨。将研磨过的粉末放入聚四氟乙烯衬里的容器中，在连续搅拌下加入几滴蒸馏水。一旦出现固液流变状态，将聚四氟乙烯衬里的容器转移到不锈钢高压釜中并在80℃下加热，在不锈钢高压釜中反应9小时，冷却至室温后，得到NaV3O8前驱体颗粒；将NaV3O8前驱体颗粒再次在110℃下真空干燥16小时，并研磨，最后在300℃下在马弗炉中煅烧11小时，即得NaV3O8颗粒。
根据羰基铁粉：NaV3O8颗粒的质量比为1：9称取上述NaV3O8颗粒和羰基铁粉，在玛瑙研钵中混合均匀，用卧式球磨机对混合粉末在室温下进行球磨，球磨过程中玛瑙珠球和粉末样品按15：1质量比放入玛瑙罐中，玛瑙球粒径为
Figure BDA0002356792440000101
和
Figure BDA0002356792440000102
球磨时间为18小时，转速设置在320r/min，球磨的同时加入无水乙醇作保护剂，可以有效避免混合粉末在球磨过程中发生团聚。球磨后的粉末为羰基铁粉：NaV3O8质量比为1：9吸波材料。
本发明将得到的羰基铁粉：NaV3O8质量比为1：9吸波材料进行性能测试，具体方案如下：按吸波材料：石蜡＝7：3(质量比)的比例混合，制成外径和内径分别为7mm和3mm，厚度在3.5mm左右的同轴试样，采用Agilent N5230C微波矢量网络分析仪分别测量试样在2～18GHz频段的复磁导率、复介电常数。然后采用下式计算模拟出单层吸波材料在厚度分别为1.4mm、1.7mm、2.3mm、2.7mm的反射率R。
性能测试结果如图5所示，图5为羰基铁粉：NaV3O8颗粒质量比为1：9吸波材料在2～18GHz微波波段内厚度分别为1.4mm、1.7mm、2.3mm、2.7mm时的反射率。从图中可得：在所有的厚度中，反射率峰值均小于-10dB，且具有较好的宽频效果；当厚度为1.7mm时，此吸波材料在14.00GHz处反射率最小峰值可达到-22.30dB(吸收率为99.50％)。
实施例4
按照化学计量比准确称量反应物硝酸钠、偏钒酸铵混合后与一水合柠檬酸混合，并研磨。将研磨过的粉末放入聚四氟乙烯衬里的容器中，在连续搅拌下加入几滴蒸馏水。一旦出现固液流变状态，将聚四氟乙烯衬里的容器转移到不锈钢高压釜中并在70℃下加热，在不锈钢高压釜中反应11小时，冷却至室温后，得到NaV3O8前驱体颗粒；将NaV3O8前驱体颗粒再次在120℃下真空干燥20小时，并研磨，最后在350℃下在马弗炉中煅烧10小时，即得NaV3O8颗粒。
根据羰基铁粉：NaV3O8颗粒的质量比为2：8称取上述NaV3O8颗粒和羰基铁粉，在玛瑙研钵中混合均匀，用卧式球磨机对混合粉末在室温下进行球磨，球磨过程中玛瑙珠球和粉末样品按20：1质量比放入玛瑙罐中，玛瑙球粒径为
Figure BDA0002356792440000111
和
Figure BDA0002356792440000112
球磨时间为20小时，转速设置在300r/min，球磨的同时加入无水乙醇作保护剂，可以有效避免混合粉末在球磨过程中发生团聚。球磨后的混合粉末为羰基铁粉：NaV3O8颗粒质量比为2：8吸波材料。
本发明将得到的羰基铁粉：NaV3O8质量比为2：8吸波材料进行性能测试，具体方案如下：按吸波材料：石蜡＝7：3(质量比)的比例混合，制成外径和内径分别为7mm和3mm，厚度在3.5mm左右的同轴试样，采用Agilent N5230C微波矢量网络分析仪分别测量试样在2～18GHz频段的复磁导率、复介电常数。然后采用下式计算模拟出单层吸波材料在厚度分别为1.5mm、1.8mm、2.1mm、2.5mm、2.9mm的反射率R。
性能测试结果如图6所示，图6为羰基铁粉：NaV3O8颗粒质量比为2：8吸波材料在2～18GHz微波波段内厚度分别为1.5mm、1.8mm、2.1mm、2.5mm、2.9mm时的反射率。从图中可得：在所有的厚度中，反射率峰值均小于-10dB，具有较好的吸波能力；当厚度为1.8mm时，在12.72GHz处反射率最小峰值可达到-30.84dB(吸收率为99.92％)。
实施例5
按照化学计量比准确称量反应物硝酸钠、偏钒酸铵混合后与一水合柠檬酸混合，并研磨。将研磨过的粉末放入聚四氟乙烯衬里的容器中，在连续搅拌下加入几滴蒸馏水。一旦出现固液流变状态，将聚四氟乙烯衬里的容器转移到不锈钢高压釜中并在90℃下加热，在不锈钢高压釜中反应12小时，冷却至室温后，得到NaV3O8前驱体颗粒；将NaV3O8前驱体颗粒再次在105℃下真空干燥24小时，并研磨，最后在400℃下在马弗炉中煅烧12小时，即得NaV3O8颗粒。
根据羰基铁粉：NaV3O8颗粒的质量比为4：6称取上述NaV3O8颗粒和羰基铁粉，在玛瑙研钵中混合均匀，用卧式球磨机对混合粉末在室温下进行球磨，球磨过程中玛瑙珠球和粉末样品按15：1质量比放入玛瑙罐中，玛瑙球粒径为
Figure BDA0002356792440000121
和
Figure BDA0002356792440000122
球磨时间为20小时，转速设置在350r/min，球磨的同时加入无水乙醇作保护剂，可以有效避免混合粉末在球磨过程中发生团聚。球磨后的混合粉末为羰基铁粉：NaV3O8颗粒质量比为4：6吸波材料。
本发明将得到的羰基铁粉：NaV3O8颗粒质量比为4：6吸波材料进行性能测试，具体方案如下：按吸波材料：石蜡＝7：3(质量比)的比例混合，制成外径和内径分别为7mm和3mm，厚度在3.5mm左右的同轴试样，采用Agilent N5230C微波矢量网络分析仪分别测量试样在2～18GHz频段的复磁导率、复介电常数。然后采用下式计算模拟出单层吸波材料在厚度分别为1.4mm、1.6mm、1.9mm、2.2mm、2.7mm、3.3mm的反射率R。
性能测试结果如图7所示，图7为羰基铁粉：NaV3O8颗粒质量比为4：6吸波材料在2～18GHz微波波段内厚度分别为1.4mm、1.6mm、1.9mm、2.2mm、2.7mm、3.3mm时的反射率。从图中可得：此吸波材料具有较好的吸波性能，在所有的厚度中，反射率峰值均小于-10dB，且具较好的宽频效果；在厚度为1.9mm时，吸波材料在11.84GHz处吸收峰值最小可达到-19.48dB(吸收率为98.87％)，R<-10dB的频宽为3.52GHz。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，并非对本发明作任何形式上的限制。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.NaV3O8颗粒在吸波材料领域中的应用，其特征在于，所述NaV3O8颗粒为棒状或片状结构；
所述NaV3O8颗粒的制备方法包括以下步骤：
（1）按照NaV3O8的化学组成，将化学计量比的硝酸钠和偏钒酸铵混合后与一水合柠檬酸混合，得到固体混合料；向所述固体混合料中滴加水至出现固液流变状态，得到固液流变态混合物；
（2）将所述固液流变态混合物加热至水热反应温度，进行水热反应，得到NaV3O8前驱体；
（3）将所述NaV3O8前驱体干燥，得到NaV3O8前驱体颗粒；
（4）将所述NaV3O8前驱体颗粒煅烧，得到NaV3O8颗粒。
2.一种吸波材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）按照NaV3O8的化学组成，将化学计量比的硝酸钠和偏钒酸铵混合后与一水合柠檬酸混合，得到固体混合料；向所述固体混合料中滴加水至出现固液流变状态，得到固液流变态混合物；
（2）将所述固液流变态混合物加热至水热反应温度，进行水热反应，得到NaV3O8前驱体；
（3）将所述NaV3O8前驱体干燥，得到NaV3O8前驱体颗粒；
（4）将所述NaV3O8前驱体颗粒煅烧，得到NaV3O8颗粒，所述NaV3O8颗粒为棒状或片状结构；
（5）将所述NaV3O8颗粒和羰基铁粉研磨混合，得到吸波材料。
3.根据权利要求2所述的吸波材料的制备方法，其特征在于，所述步骤（2）中的水热反应的温度为70~90℃；水热反应的时间为8~12h。
4.根据权利要求2所述的吸波材料的制备方法，其特征在于，所述步骤（3）中的干燥的温度为95~120℃；干燥的时间为12~24h。
5.根据权利要求2所述的吸波材料的制备方法，其特征在于，所述步骤（4）中的煅烧的温度为300~400℃；煅烧的时间为10~12h。
6.根据权利要求2所述的吸波材料的制备方法，其特征在于，所述步骤（5）中的研磨混合为球磨混合；所述球磨混合过程添加保护剂。
7.根据权利要求6所述的吸波材料的制备方法，其特征在于，所述球磨混合的球料比为15~20:1；球磨混合的转速为300~350r/min；球磨混合的时间为15~20h。
8.根据权利要求6所述的吸波材料的制备方法，其特征在于，所述保护剂为无水乙醇或环己烷。
9.权利要求2~8任一项所述制备方法制备得到的吸波材料，其特征在于，包括以下质量百分数的组分：
NaV3O8颗粒60~100%；所述NaV3O8颗粒为棒状或片状结构；
羰基铁粉0~40%。
10.权利要求9所述的吸波材料在电磁波吸收领域中的应用。
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Assignee: Guilin Wanru Renewable Resources Development Co.,Ltd.

Assignor: GUILIN University OF ELECTRONIC TECHNOLOGY

Contract record no.: X2022450000473

Denomination of invention: Application of sodium vanadate particles in the field of microwave absorbing materials, a microwave absorbing material, its preparation method and application

Granted publication date: 20220614

License type: Common License

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