CN111533177A - 一种亚微米级空心钴铁氧体吸波材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种亚微米级空心钴铁氧体电磁波吸收材料及其制备方法，所述的亚微米级空心钴铁氧体电磁波吸收材料是以六水合氯化铁、六水合氯化钴为主要原料制备得到；通过水热法生成钴铁氧体。本发明通过水热法亚微米级空心钴铁氧体吸波材料，具有节能降耗、操作工艺简单等优点。本发明的产品为亚微米粉末，增加小尺寸效应、界面效应，且为空心结构，改善了阻抗匹配，提高了电损耗能力，有利于提高材料的电磁波吸收能力。

Description

一种亚微米级空心钴铁氧体吸波材料及其制备方法
技术领域：
本发明属于电磁波吸收材料技术领域，具体为一种亚微米级空心钴铁氧体电磁波吸收材料及其制备方法，主要用于装备的电磁波防护。
背景技术：
随着电子设备和无线信息技术的发展，电子技术在工业、商业等方面得到了广泛运用，在使得人们的生活变得便利的同时，也产生了大量的电磁辐射污染。微波吸收材料在电子可靠性、电磁干扰屏蔽和国防安全等方面发挥着重要的作用。因此研制低密度、薄厚度、强吸收率、吸收带宽较宽的高性能吸波材料引起了人们的重视。
钴铁氧体是研究最广泛的铁氧体之一，由于其具有较高的矫顽力和饱和磁化强度、优良的化学稳定性、高机械硬度、磁导率高等特性，使其可作为较好的磁损耗性吸波材料。但是普通形态的钴铁氧体由于密度高、吸收带窄等缺陷，不能重量轻、高吸收、宽带宽的要求。通过水热法制备空心钴铁氧体吸波材料，得到吸波性能良好的吸波材料。
目前，钴铁氧体与其它材料的复合研究较多，但亚微米级的空心钴铁氧体的制备还未见报道。
发明内容：
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种亚微米级空心钴铁氧体电磁波吸收材料及其制备方法，本发明的技术方案如下：
本发明一方面提供了一种亚微米级空心钴铁氧体电磁波吸收材料及其制备方法，其特征在于：经水热法，添加六水合氯化钴，用钴原子取代晶胞中的部分铁原子，形成钴铁氧体；所述的亚微米级空心钴铁氧体电磁波吸收材料具有中空的球状结构，球径为150-300nm，为亚微米结构；
本发明另一方面还提供了一种亚微米级空心钴铁氧体电磁波吸收材料的制备方法，其特征在于，具体包括如下步骤：
(1)将六水合氯化铁、六水合氯化钴、尿素、聚乙二醇加入到乙二醇溶剂中，六水合氯化铁、六水合氯化钴、尿素、聚乙二醇、乙二醇的质量比为(10～20):(5～10):2.5:1.4:(30～60)，机械搅拌1h混合均匀；
(2)然后向上述溶液加入与表面活性剂，表面活性剂包括聚乙烯吡咯烷酮，与(1)中六水合氯化铁的质量比为(2～6):1，机械搅拌4h混合均匀形成悬浊液；
(3)将上述悬浊液添加到含聚四氟乙烯内衬的高压反应釜中，在180～220℃的鼓风干燥箱中保温8～12h；
(4)冷却至室温后，去除所述步骤(3)得到的水热反应液的上清液，对剩余料液经去离子水和无水乙醇多次洗涤；然后，将其放入真空干燥箱中60～80℃真空干燥24h即得到所述的亚微米级空心钴铁氧体铁吸波材料。
本发明由于采用上述技术方案，具有如下的优越性:
(一)本发明通过水热法制备亚微米级钴铁氧体吸波材料，无需进行高温热处理、球磨等，具有节能降耗、操作工艺简单、无杂质引入等优点。
(二)产品为亚微米粉末，增加小尺寸效应、界面效应，且为空心结构，有利于提高材料的电损耗能力，改善阻抗匹配，提高电磁波吸收能力。
附图说明
下面结合附图对本发明做进一步说明：
图1是本发明实施例1制备的钴铁氧体扫描电镜照片。
图2是本发明实施例1制备的钴铁氧体透射电镜照片。
图3是本发明实施例1制备的钴铁氧体的x射线衍射图。
图4是本发明实施例1制备的钴铁氧体的反射率曲线。
图5是本发明实施例2制备的钴铁氧体扫描电镜照片。
图6是本发明实施例2制备的钴铁氧体透射电镜照片。
图7是本发明实施例2制备的钴铁氧体的x射线衍射图。
图8是本发明实施例2制备的钴铁氧体的反射率曲线。
图9是本发明实施例3制备的钴铁氧体扫描电镜照片。
图10是本发明实施例3制备的钴铁氧体透射电镜照片。
图11是本发明实施例3制备的钴铁氧体的x射线衍射图。
图12是本发明实施例3制备的钴铁氧体的反射率曲线。
具体实施方式：
实施例1
称取六水合氯化铁13.52g、六水合氯化钴5.56g、尿素36g、聚乙二醇20ml，分别加到400ml的乙二醇溶剂中，均匀搅拌30min，称取聚乙烯吡咯烷酮20g加到上述溶液中，均匀搅拌形成悬浊液。混合均匀后再添加到聚四氟乙烯内衬的高压反应釜中，在200℃的鼓风干燥箱中保温8小时。冷却至室温后，通过离心的方式经去离子水、无水乙醇多次洗涤。然后，将其放入真空干燥箱中60℃真空干燥24小时。图1为钴铁氧体吸波材料的扫描电镜照片，晶粒呈球状，尺寸在100-500nm之间，为亚微米结构，没有明显的团聚现象。图2为钴铁氧体吸波材料的透射电镜照片，由图可知其空心程度不高。由图3XRD可知产物为钴铁氧体晶体。将本实施例得到的钴铁氧体吸波材料与石蜡以6:4的质量比混合，将混合物填入模具中，使用HP8722ES矢量网络分析仪测定复合吸波材料的电磁参数。图4为实施例1制备的空心钴铁氧体吸波材料在厚度为3.1mm时的反射率曲线，当这种吸波材料的匹配厚度为3.1mm时，在8.48GHz时达到最大吸收-22.32dB，反射损失低于-10dB的有效吸收频带达3.68GHz。
实施例2
称取六水合氯化铁13.52g、六水合氯化钴5.56g、尿素36g、聚乙二醇20ml，分别加到400ml的乙二醇溶剂中，均匀搅拌30min，称取聚乙烯吡咯烷酮40g加到上述溶液中，均匀搅拌形成悬浊液。混合均匀后再添加到聚四氟乙烯内衬的高压反应釜中，在200℃的鼓风干燥箱中保温8小时。冷却至室温后，通过离心的方式经去离子水、无水乙醇多次洗涤。然后，将其放入真空干燥箱中60℃真空干燥24小时。图5为钴铁氧体吸波材料的扫描电镜照片，晶粒呈球状，尺寸在100-300nm之间，为亚微米结构，没有明显的团聚现象。图6为空心钴铁氧体吸波材料的透射电镜照片，由图可知其空心程度不高。由图7XRD可知产物为钴铁氧体晶体。将本实施例得到的空心钴铁氧体吸波材料与石蜡以6:4的质量比混合，将混合物填入模具中，使用HP 8722ES矢量网络分析仪测定复合吸波材料的电磁参数。图8为实施例2制备的空心钴铁氧体吸波材料在厚度为2.3mm时的反射率曲线，当这种吸波材料的匹配厚度为2.3mm时，在11.52GHz时达到最大吸收-47.24dB，反射损失低于-10dB的有效吸收频带达4.56GHz。
实施例3
称取六水合氯化铁13.52g、六水合氯化钴5.56g、尿素36g、聚乙二醇20ml，分别加到400ml的乙二醇溶剂中，均匀搅拌30min，称取聚乙烯吡咯烷酮60g加到上述溶液中，均匀搅拌形成悬浊液。混合均匀后再添加到聚四氟乙烯内衬的高压反应釜中，在200℃的鼓风干燥箱中保温8小时。冷却至室温后，通过离心的方式经去离子水、无水乙醇多次洗涤。然后，将其放入真空干燥箱中60℃真空干燥24小时。图9为钴铁氧体吸波材料的形貌照片，晶粒呈球状，尺寸在50-150nm之间，为纳米、亚微米混合结构。图10为钴铁氧体吸波材料的透射电镜照片，由图可知大部分球体为实心结构，且团聚明显。由图11XRD可知产物为钴铁氧体晶体。将本实施例得到的钴铁氧体吸波材料与石蜡以6:4的质量比混合，将混合物填入模具中，使用HP8722ES矢量网络分析仪测定复合吸波材料的电磁参数。图12为实施例3制备的空心钴铁氧体吸波材料在厚度为6.0mm时的反射率曲线，当这种吸波材料的匹配厚度为6.0mm时，在15.76GHz时达到最大吸收-28.15dB，反射损失低于-10dB的有效吸收频带达3.52GHz。

Claims (4)

1.一种亚微米级空心钴铁氧体电磁波吸收材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将六水合氯化铁、六水合氯化钴、尿素、聚乙二醇，加入乙二醇溶剂中，其中六水合氯化铁、六水合氯化钴、尿素、聚乙二醇、乙二醇的质量比为(10～20):(5～10):2.5:1.4:(30～60)；机械搅拌1h混合均匀；
(2)然后向上述溶液加入表面活性剂聚乙烯吡咯烷酮，六水合氯化铁与表面活性剂的质量比为1：(2～6)；机械搅拌4h混合均匀形成悬浊液；
(3)将上述悬浊液添加到含聚四氟乙烯内衬的高压反应釜中，在鼓风干燥箱中保温；保温温度为180～220℃，保温时间为8～12h。
(4)冷却至室温后，去除所述步骤(3)得到的水热反应液的上清液，对剩余料液依次进行离心洗涤和干燥，得到吸波材料。
2.根据权利要求1的制备方法，其特征在于，所述步骤(4)中干燥温度为60～80℃，干燥时间为24h。
3.应用如权利要求1所述方法所制备的一种亚微米级空心钴铁氧体电磁波吸收材料。
4.应用如权利要求1所述方法所制备的一种亚微米级空心钴铁氧体电磁波吸收材料用于增加材料的电损耗，改善阻抗匹配。
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