CN112072324A - 一种氧化锰石墨烯纳米吸波材料及其制备工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种氧化锰石墨烯纳米吸波材料及其制备工艺，按下列步骤操作：将氧化锰与碳粉，经配料及混合，分散在特定液体试剂中，在特定的反应器中加热至200～400℃、反应5‑20分钟即可得到氧化锰石墨烯微纳米吸波材料。氧化锰的粒度为几百纳米到数微米，碳质的粒径为微米量级：氧化锰与碳粉的重量比为1:0.3‑5；该氧化锰石墨烯纳米吸波材料的密度为1‑1.3克/立方厘米。本发明提供了一种能有效地将电磁波转换热能等形式吸收的优质氧化锰吸波材料，电磁吸收损耗性能好，效率高，在工业领域有好的应用前景。
Description
技术领域
本发明属于复合材料吸波隐身技术领域，涉及一种吸波材料及其制备工艺，更具体是一种氧化锰石墨烯纳米吸波材料及其制备工艺。
背景技术
随着电子产品的更广泛的应用，电磁波辐射对人们的生活环境的影响日益增大。在机场，民航飞机航班因电磁波干扰无法起飞而误点；军事飞行领域，战斗机以及其它战术飞行器的隐身，是现代战争中信息化战争胜利的重要手段；计算机的等装备的壳体和防护装置；在医疗器械方面，移动信号会干扰各种电子诊疗设备正常工作以及各类建筑暗室保密室的建设等。在诸多领域都涉及电磁波相关辐射。无论在治理电磁污染方面，还是在飞行器隐身设计等方面，寻找一种能抵挡削弱电磁波辐射的降噪抗干扰材料，即吸波材料，已成为结构设计材料科学的一大课题。
微纳米电磁材料已成为吸波材料研究的新方向。通过设计特殊的微结构，可以得到能够宽频吸波的材料，而且改变微结构的尺寸、形状和组成，就能改变其吸波频段。吸波材料是能够有效吸收入射到它表面的电磁波能量的一类材料。通过材料的各种不同的损耗机制将入射电磁波驻存或者转化成热能等其它能量形式而达到吸波的目的。吸波物体的吸波和屏蔽整体效果如何，受物体宏观构型和构件所采用的基体材料种类的影响。宏观构型可通过结构设计实现良好的效果。影响基体材料吸波效果的因素很多，包括基体内部微细结构、电磁作用填料种类、材料介电和磁属性等，以及进入吸波材料内的电磁波的传播方式等方面因素的影响。其中基体材料内部微结构和电磁波在其中的传播方式是相互依存的关系。基体材料微结构吸收性能的改善，主要通过引导进入基质的电磁波的传导路径和驻留，调整电磁波在基质中的传程，以及传导过程中与电磁材料的作用过程，达到改进电磁吸收的效果。然而，吸波基体材料的吸收是最基础的吸收作用，本发明基于吸波材料对电磁波电和磁分量的复合作用效果。
吸波材料广泛应用到现代军事装备、航空航天、电子器件封装、电磁屏蔽室、机密室建材等领域。在一些特殊的行业，如现代军事装备与航空航天的应用中、对吸波材料有着薄、轻、宽、强等方面的研制要求。优良的吸波材料已经广泛地用在航空、航天、火箭、导弹、飞机、舰艇等军事装备中。美国的F-117A隐形攻击机、B-2战略轰炸机、俄罗斯的S-37隐身战斗机以及最近中国歼20实现全波段隐身等都采用了优良的吸波材料。民用领域，随着现代电子工业和信息产业的高速发展，尤其近年来以5G为代表的不同代际移动信号与网络的发展，产生电磁波干扰(EMI)的电子设备急剧增加，使得新的社会公害EMI日益严重，电磁波的屏蔽也显得十分重要。对电磁波吸音降噪等方面甚至有着更宽、更高的要求。发达国家相继颁布了控制电磁波干扰的法规，凡是屏蔽EMI达不到标准的电子产品-律不准出厂和进口。我国在1988年，甚至更早就此起草相关规定。1998起推行控制电磁波的电磁兼容标准，从而屏蔽EMI材料的研究与开发引人关注。吸波材料在电子工业领域也有良好的应用前景。
目前我们使用较普遍的吸波材料是铁氧体，它具有较宽的频率特性，其相对磁导率较高，相对介电常数较小等性能，但缺点是密度大，热稳定性差，仅适于制作匹配层，例如中国专200410099156提出了一种包覆银铁氧体薄膜的SIC电磁吸波材料。中国专利200610018278.7提出了一种利用氧化锌的吸波材料及其制备工艺。氧化锰吸波材料较其它氧化铁、氧化锌等吸收剂属于较轻型吸波材料。
目前国内尚未见到能有效地将电磁波转换热能等形式吸收的优质氧化锰吸波材料，本发明提供了这种优良吸波材料。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明旨在提供一种能有效地将电磁波转换热能等形式吸收的优质氧化锰石墨烯纳米吸波材料，电磁吸收损耗性能好，效率高，在工业领域有好的应用前景。
本发明的通过如下技术方案实现。
一种氧化锰石墨烯纳米吸波材料及其制备工艺，其特征在于，按下列步骤操作:将氧化锰与碳粉，经配料混合，分散在特定液体试剂中，注入设计好的反应容器，加热至200～400℃、反应5-20分钟即可得到氧化锰石墨烯吸波材料:其中氧化锰的粒度为几百纳米到数微米，碳质的粒径为微米量级；氧化锰与碳粉的重量比为1:O.3-5。该氧化锰石墨烯纳米吸波材料的密度为1克/立方厘米左右。本发明提供剥离氧化锰石墨烯纳米吸波材料有特殊的结构，其电磁吸收损耗性能好，效率高，在工业领域有好的应用前景。本发明中将其分散在基体中成型为空心柱状，内径为3.04mm,外径为7mm，样品尺寸为4mm,内外径尺寸和厚度均可调整变化。
本发明的目的之一在于提供一种氧化锰石墨烯纳米吸波材料。
本发明的目的之二在于提供一种具有密度小、比重轻，同时具有吸波性能的氧化锰石墨烯纳米吸波材料。
本发明的目的之三在于提供氧化锰石墨烯纳米吸波纳米材料的制备工艺。
与现有技术相比，本发明的优点是：本发明提供了一种能有效地将电磁波转换热能等形式吸收的优质氧化锰吸波材料，电磁吸收损耗性能好，效率高，在工业领域有好的应用前景。
附图说明
附图1是样品的几何形状视图。
附图2是样品中电场分布与衰减情况仿真图。
附图3是样品中磁场分布与衰减情况仿真图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。
实施例1
取10克粒度为微米级的氧化锰，将其与粒径达毫米级的碳粉12克配成混合料，分散在有机试剂二甲基甲酰胺内，注入耐高温容器的高压釜内，将装有混合料的容器置于高温炉中加热到400℃，保持片刻或数分钟，一般控制在20分钟以内，然后在采用急冷的方式结束反应。吸波性能优良的外观呈松散棉团状氧化锰与石墨粉剥离复合产物，电子显微镜下为极细形态的氧化锰片或粉体。取20mg剥离的氧化锰和石墨粉的纳米材料分散在塑料或橡胶基质中，成型的结构材料在频率为6-20GHz的电磁波段，对电磁波有较好响应与电磁损耗特性。该氧化锰吸波材料的耐热分解温度高于500-600℃。吸波材料密度约1克/立方厘米。
实施例2
取20克粒度为微米级的氧化锰，将其与粒径达毫米级的碳粉12克配成混合料，分散在有机试剂吡咯烷酮内，注入在耐高温容器的高压釜内，将装有混合料的容器置于高温炉中加热到400℃，保持5分钟，一般控制在20分钟以内，然后再采用自然冷却的方式结束反应。吸波性能优异的产物是氧化锰与石墨粉剥离的纳米复合产物，外观松散状，电子显微镜下为剥离的氧化锰与石墨烯纳米材料混合物。取15mg剥离的氧化锰与石墨烯纳米材料，分散在聚酰亚胺中。吸波复合材料的密度约为1克/立方厘米。成型的结构材料在频率为10-18GHz的电磁波段，对电磁波有较好响应与电磁损耗特性。
实施例3、氧化锰与石墨烯纳米吸波材料，其中氧化锰石墨烯纳米吸波材料的比值为0.3，最终吸波体密度约为1.2克/立方厘米。其余同实施例1。
实施例4、氧化锰与石墨烯纳米吸波材料，其中该氧化锰石墨烯纳米吸波材料的比值约为2，最终吸波体密度约为1.2克/立方厘米。其余同实施例2。
实施例5、氧化锰与石墨烯纳米吸波材料，其中该氧化锰石墨烯纳米吸波材料的比值约为3，最终吸波体密度约为1.3克/立方厘米。其余同实施例1。
以上所述仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。
Claims (6)
1.一种氧化锰石墨烯纳米吸波材料，其特征在于，氧化锰的粒度为几百纳米到数微米，碳质的粒径为微米量级：氧化锰与碳粉的重量比为1:0.3-5；该氧化锰石墨烯纳米吸波材料的密度为1-1.3克/立方厘米。
2.一种氧化锰石墨烯纳米吸波材料的制备工艺，其特征在于，按下列步骤操作：将氧化锰与碳粉，经配料及混合，分散在特定液体试剂中，加热至200～400℃、反应5-20分钟即可得到氧化锰石墨烯纳米吸波材料。
3.根据权利要求2所述的一种氧化锰石墨烯纳米吸波材料的制备工艺，其特征在于，反应5-20分钟后，采用急冷的方式或自然冷却的方式结束反应。
4.根据权利要求2所述的一种氧化锰石墨烯纳米吸波材料的制备工艺，其特征在于，氧化锰与碳粉按重量比为1:0.6-1.2。
5.根据权利要求2所述的一种氧化锰石墨烯纳米吸波材料的制备工艺，其特征在于，所述的特定液体试剂为有机试剂。
6.根据权利要求2所述的一种氧化锰石墨烯纳米吸波材料的制备工艺，其特征在于，所述的特定液体试剂为二甲基甲酰胺或吡咯烷酮。
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