CN115466596A - 一种Fe-Fe3O4@mSiO2@RGO复合材料及其磁性能可控制备方法与应用 - Google Patents
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Abstract
一种Fe‑Fe3O4@mSiO2@RGO复合材料及其磁性能可控制备方法与应用。本发明属于纳米复合吸波材料技术领域。本发明的目的是为了解决现有多元核壳结构复合吸波材料无法兼顾介电损耗性能与磁损耗性能，以及低厚度下吸收频带窄的的技术问题。本发明以溶剂热法制备得到Fe3O4纳米颗粒，利用改进的
法制备得到Fe3O4@mSiO2纳米颗粒，利用氢热还原制备得到核壳结构Fe‑Fe3O4@mSiO2三元复合材料，最后利用气溶胶法制备Fe‑Fe3O4@mSiO2@RGO纳米复合材料。核壳结构Fe‑Fe3O4@mSiO2纳米颗粒被包裹在球状RGO的褶皱中。该复合材料用于制备低厚度宽频电磁波吸收构件。
Description
技术领域
本发明属于纳米复合吸波材料技术领域，具体涉及一种Fe-Fe3O4@mSiO2@RGO复合材料及其磁性能可控制备方法与应用。
背景技术
随着雷达技术以及无线通信技术的快速发展，由电磁波反射造成的电磁泄密和电磁污染问题日益严重，这对电磁辐射控制技术提出了很高的要求。电磁波吸收材料是雷达隐身及电磁污染防治的材料基础，其性能对电磁辐射控制效能有重要影响。在多种电磁波吸收材料中，铁磁金属由于具备高的饱和磁化强度、高磁导率以及可调节的导电性，因此具备良好的铁磁损耗和介电损耗性能，是综合性能优良、可调控性高的吸收剂。近年来，为了满足宽频、轻质、高效吸收的要求，研究者综合运用纳米化、复合化的思路对铁磁金属吸收剂进行性能挖潜，以充分发挥优异效应。
结构吸波技术对比于传统的涂层吸波技术，其材料/结构选择上可设计性更佳、电磁行为调控更为灵活，所制备的构件不仅吸波性能优异且兼具承载功能，代表着电磁波吸收技术发展的主流方向。该技术的快速发展对吸收剂及其应用技术提出了新的要求，即吸收剂不仅需要具备良好的电磁损耗性能、还需具备良好的增强性能。在此背景下，多元核壳结构成为研究的热点。通过组件优化和/或结构设计来提高吸波材料的性能已经进行了广泛的研究。在元件优化方面，提高吸收剂的介电或磁性是焦点。在结构设计方面，多元核壳结构的出现增加了表面/界面，为入射电磁波的多次反射/散射提供更多的活性位点。
目前，此外，介电/铁磁复合时遇到电磁吸收材料领域的难点问题，其中涵盖了大量的基础问题，包括铁磁共振行为规律、异质界面的自由电荷极化、跨颗粒交换耦合和涡流效应抑制等。关于铁磁及其复合结构制备、电磁性能调控、多元核壳材料电磁性能等基础问题尚无明确的结论。这一状况制约了结构功能一体化隐身构件的研制和应用，相应的研究工作亟待开展。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有多元核壳结构复合吸波材料无法兼顾介电损耗性能与磁损耗性能，以及低厚度下吸收频带窄的的技术问题，而提供一种Fe-Fe3O4@mSiO2@RGO复合材料及其磁性能可控制备方法与应用。
本发明的一种Fe-Fe3O4@mSiO2@RGO复合材料由核壳结构Fe-Fe3O4@mSiO2纳米颗粒和褶皱的球状RGO构成，核壳结构Fe-Fe3O4@mSiO2被包裹在球状RGO的褶皱中，核壳的壳层为mSiO2，磁核为Fe-Fe3O4。
进一步限定，Fe-Fe3O4@mSiO2@RGO复合材料厚度为2.5mm时，RL最小值为-54.47dB。
进一步限定，磁核直径为150-250nm，壳层厚度为20-30nm，球状RGO直径为450-550nm。
本发明的一种Fe-Fe3O4@mSiO2@RGO复合材料的磁性能可控制备方法按以下步骤进行：
步骤1：将Fe3O4@mSiO2纳米颗粒置于还原气体中，在450-550℃下氢热还原，得到核壳结构Fe-Fe3O4@mSiO2纳米颗粒；
步骤2：分别将GO纳米片和核壳结构Fe-Fe3O4@mSiO2通过超声破碎分散于去离子水，得到各自的分散液，再将二者混合并在超声波雾化器作用下形成气溶胶液滴，气溶胶液滴通过预热的管式炉，得到褶皱球状RGO包覆的核壳结构Fe-Fe3O4@mSiO2，抽滤在PTFE滤膜上，真空干燥，得到Fe-Fe3O4@mSiO2@RGO纳米颗粒；
步骤3：将Fe-Fe3O4@mSiO2@RGO纳米颗粒置于管式炉，于还原气氛下进行低温氢热还原，得到Fe-Fe3O4@mSiO2@RGO复合材料。
进一步限定，步骤1中Fe3O4@mSiO2纳米颗粒的制备过程为：
S1、将氯化铁、聚乙烯基吡咯烷酮和醋酸钠溶于乙二醇，然后将溶液转移到不锈钢高压反应釜中，反应完毕冷却至室温，洗涤干燥，得到Fe3O4磁性纳米颗粒；
S2、向水和无水乙醇的混合液中加入Fe3O4磁性纳米颗粒和十六烷基三甲基溴化铵，超声后加入氨水和正硅酸乙酯，机械搅拌，洗涤干燥，获得Fe3O4@mSiO2纳米颗粒。
更进一步限定，S1中反应釜内反应温度为180-220℃，反应时间为8-10h。
更进一步限定，S1中氯化铁、聚乙烯基吡咯烷酮和醋酸钠的质量比为(2.91-3.09):(0.91-1.19):(1.91-2.19)。
更进一步限定，S1中氯化铁的质量与乙二醇的体积比为(0.095-0.105)g:(0.9-1.1)mL。
更进一步限定，S2中Fe3O4磁性纳米颗粒与十六烷基三甲基溴化铵的质量比为0.5：(0.17-0.19)。
更进一步限定，S2中氨水和正硅酸乙酯的体积比为(0.569-0.589):(0.139-0.169)。
更进一步限定，S2中十六烷基三甲基溴化铵的质量与氨水的体积比为(0.056-0.063)g:(0.189-0.219)mL。
更进一步限定，S2中水和无水乙醇的体积比为(3.5-4.5):(2.5-3.5)。
更进一步限定，S2中超声20-30min，机械搅拌5-7h。
进一步限定，步骤1中还原气体由5vol％H2和95vol％Ar组成。
进一步限定，步骤1中氢热还原时间为2-4h，升温速率为1.5-2.5℃/min。
进一步限定，步骤1得到的核壳结构Fe-Fe3O4@mSiO2纳米颗粒储存于水中。
进一步限定，步骤2中GO纳米片分散液的浓度为0.9-1.1mg/mL，Fe-Fe3O4@mSiO2纳米颗粒分散液的浓度为0.24-0.26mg/mL。
进一步限定，步骤2中超声破碎0.5-1h。
进一步限定，步骤2中管式炉预热至650-750℃。
进一步限定，步骤3中低温氢热还原的温度为200-240℃，时间为2-4h，升温速率设为1.5-2.5℃/min。
进一步限定，步骤3中还原气体由5vol％H2和95vol％Ar组成。
本发明的一种Fe-Fe3O4@mSiO2@RGO复合材料用于制备低厚度宽频电磁波吸收构件。
本发明与现有技术相比具有的显著效果：
本发明以溶剂热法制备得到Fe3O4纳米颗粒，利用改进的
法制备得到Fe3O4@mSiO2纳米颗粒，利用氢热还原制备得到Fe-Fe3O4@mSiO2三元复合材料，最后利用气溶胶法制备Fe-Fe3O4@mSiO2@RGO纳米复合材料，具体优点如下：
1)本发明的制备方法可控性强，重现性好，制备得到的核壳结构Fe-Fe3O4@mSiO2三元复合材料粒径大小均一，分散性好，褶皱的RGO完整的包裹着核壳结构Fe-Fe3O4@mSiO2纳米颗粒。
2)铁磁金属的引入，大大增强了磁损耗，mSiO2的作为内部磁芯的壳层，在维持铁磁材料的形状的同时，介孔材料扩大了界面的比表面积，核壳结构的出现增加了表面/界面，为入射电磁波的多次反射/散射提供更多的活性位点。同时，mSiO2的存在可以作为框架控制Fe3O4还原过程，并确保充分利用铁磁损耗。
3)本发明通过调控氢热还原退火温度，调控磁性能从Fe3O4到Fe纳米颗粒的转化，进一步增强了铁磁损耗。同时以褶皱的球状RGO作为壳层，不仅具有良好的力学特性，可以作为承载作用，使材料整体更稳定，并且提高耐氧化和腐蚀性，除此之外，更重要的是，通过褶皱的球状RGO对铁磁材料形成包裹，阻挡了磁损耗产生的涡流效应，使Fe-Fe3O4@mSiO2@RGO复合材料的介电损耗性能与磁损耗性能实现了良好的阻抗匹配，在完成宽频电磁波吸收结构的一体化成形制造具有重要的实际应用价值和广阔的应用前景，由此可见，本发明在实现对吸收剂可控制备的同时，还实现了电磁性能的调控，完善介电/铁磁复合时的作用机理。
4)本发明的Fe-Fe3O4@mSiO2@RGO纳米复合材料的耐高温、腐蚀性能良好，可以契合恶劣环境下隐身结构设计要求并兼具承载功能。
附图说明
图1为实施例1中Fe3O4、Fe3O4@mSiO2、Fe-Fe3O4@mSiO2和Fe-Fe3O4@mSiO2@RGO复合材料的XRD图像；
图2a为实施例1中Fe3O4的TEM图像；
图2b为实施例1中Fe3O4@mSiO2的TEM图像；
图2c为实施例1中Fe-Fe3O4@mSiO2的TEM图像；
图2d为实施例1中Fe-Fe3O4@mSiO2@RGO复合材料的SEM图像；
图3为实施例1中Fe3O4、Fe3O4@mSiO2、Fe-Fe3O4@mSiO2和Fe-Fe3O4@mSiO2@RGO复合材料的电磁波吸收特征图像。
具体实施方式
下面将结合具体实施例对本发明的技术方案进行进一步的描述。
具体实施方式一：本实施方式的一种Fe-Fe3O4@mSiO2@RGO复合材料的磁性能可控制备方法按以下步骤进行：
步骤1：
Fe3O4@mSiO2纳米颗粒的制备：
S1、将氯化铁、聚乙烯基吡咯烷酮和醋酸钠溶于乙二醇，然后将溶液转移到不锈钢高压反应釜中，于180-220℃下反应8-10h，反应完毕冷却至室温，洗涤干燥，得到Fe3O4磁性纳米颗粒；氯化铁、聚乙烯基吡咯烷酮和醋酸钠的质量比为(2.91-3.09):(0.91-1.19):(1.91-2.19)，氯化铁的质量与乙二醇的体积比为(0.095-0.105)g:(0.9-1.1)mL；
S2、向水和无水乙醇的混合液中加入Fe3O4磁性纳米颗粒和十六烷基三甲基溴化铵，超声20-30min后加入氨水和正硅酸乙酯，机械搅拌5-7h，洗涤干燥，获得Fe3O4@mSiO2纳米颗粒；Fe3O4磁性纳米颗粒与十六烷基三甲基溴化铵的质量比为0.5：(0.17-0.19)，氨水和正硅酸乙酯的体积比为(0.569-0.589):(0.139-0.169)，十六烷基三甲基溴化铵的质量与氨水的体积比为(0.056-0.063)g:(0.189-0.219)mL，水和无水乙醇的体积比为(3.5-4.5):(2.5-3.5)。
核壳结构Fe-Fe3O4@mSiO2纳米颗粒的制备：
将Fe3O4@mSiO2纳米颗粒置于还原气体中，在450-550℃下氢热还原2-4h，升温速率为1.5-2.5℃/min，还原气体由5vol％H2和95vol％Ar组成，得到核壳结构Fe-Fe3O4@mSiO2纳米颗粒，储存于水中备用。
步骤2：
S1、将横向尺寸为1-2μm的GO纳米片通过超声破碎分散于去离子水中，超声破碎0.5-1h，得到浓度为0.9-1.1mg/mL的GO纳米片分散液；
S2、将核壳结构Fe-Fe3O4@mSiO2纳米颗粒通过超声破碎分散于去离子水中，超声破碎0.5-1h，得到浓度为0.24-0.26mg/mL的核壳结构Fe-Fe3O4@mSiO2纳米颗粒分散液；
S3、将GO纳米片分散液和核壳结构Fe-Fe3O4@mSiO2纳米颗粒分散液按1:1的体积比混合，得到二元混合分散液，然后将二元混合分散液在超声波雾化器作用下形成气溶胶液滴，气溶胶液滴通过预热至650-750℃的管式炉，得到褶皱球状RGO包覆的核壳结构Fe-Fe3O4@mSiO2，抽滤在PTFE滤膜上，真空干燥，得到Fe-Fe3O4@mSiO2@RGO纳米颗粒。
在高温作用下，管式炉中的液滴快速蒸发，水分的快速蒸发导致液滴体积迅速减小，当水分完全蒸发之后，GO片收缩成褶皱的球状。同时，GO经过650-750℃的管式炉时，即转变成RGO，但还原度极低。
步骤3：将Fe-Fe3O4@mSiO2@RGO纳米颗粒置于管式炉，于还原气氛下进行低温氢热还原，低温氢热还原的温度为200-240℃，时间为2-4h，升温速率为1.5-2.5℃/min，还原气体由5vol％H2和95vol％Ar组成，得到含有高还原度RGO的Fe-Fe3O4@mSiO2@RGO复合材料。
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明均为常规方法。所用材料、试剂、方法和仪器，未经特殊说明，均为本领域常规材料、试剂、方法和仪器，本领域技术人员均可通过商业渠道获得。
下述实施例中所用的术语“包含”、“包括”、“具有”、“含有”或其任何其它变形，意在覆盖非排它性的包括。例如，包含所列要素的组合物、步骤、方法、制品或装置不必仅限于那些要素，而是可以包括未明确列出的其它要素或此种组合物、步骤、方法、制品或装置所固有的要素。
当量、浓度、或者其它值或参数以范围、优选范围、或一系列上限优选值和下限优选值限定的范围表示时，这应当被理解为具体公开了由任何范围上限或优选值与任何范围下限或优选值的任一配对所形成的所有范围，而不论该范围是否单独公开了。例如，当公开了范围“1至5”时，所描述的范围应被解释为包括范围“1至4”、“1至3”、“1至2”、“1至2和4至5”、“1至3和5”等。当数值范围在本文中被描述时，除非另外说明，否则该范围意图包括其端值和在该范围内的所有整数和分数。在本申请说明书和权利要求书中，范围限定可以组合和/或互换，如果没有另外说明这些范围包括其间所含有的所有子范围。
本发明要素或组分前的不定冠词“一种”和“一个”对要素或组分的数量要求(即出现次数)无限制性。因此“一个”或“一种”应被解读为包括一个或至少一个，并且单数形式的要素或组分也包括复数形式，除非所述数量明显只指单数形式
实施例1：本实施例的一种Fe-Fe3O4@mSiO2@RGO复合材料的磁性能可控制备方法按以下步骤进行：
步骤1：
Fe3O4@mSiO2纳米颗粒的制备：
S1、将2.91g氯化铁、0.91g聚乙烯基吡咯烷酮和1.91g醋酸钠溶于28mL乙二醇，然后将溶液转移到不锈钢高压反应釜中，于180℃下反应10h，反应完毕冷却至室温，洗涤干燥，得到Fe3O4磁性纳米颗粒；
S2、向45mL水和25mL无水乙醇的混合液中加入0.5gFe3O4磁性纳米颗粒和0.171g十六烷基三甲基溴化铵，超声20min，然后加入569μL氨水和139μL正硅酸乙酯，机械搅拌5h，洗涤干燥，获得Fe3O4@mSiO2纳米颗粒；
核壳结构Fe-Fe3O4@mSiO2纳米颗粒的制备：
将Fe3O4@mSiO2纳米颗粒置于还原气体中，在450℃下氢热还原4h，升温速率为2℃/min，还原气体由5vol％H2和95vol％Ar组成，得到核壳结构Fe-Fe3O4@mSiO2纳米颗粒，储存于水中备用；
步骤2：
S1、将横向尺寸为1-2μm的GO纳米片通过超声破碎分散于去离子水中，超声破碎0.5h，得到浓度为0.9mg/mL的GO纳米片分散液；
S2、将核壳结构Fe-Fe3O4@mSiO2纳米颗粒通过超声破碎分散于去离子水中，超声破碎0.5h，得到浓度为0.24mg/mL的核壳结构Fe-Fe3O4@mSiO2纳米颗粒分散液；
S3、将GO纳米片分散液和核壳结构Fe-Fe3O4@mSiO2纳米颗粒分散液按1:1的体积比混合，得到二元混合分散液，然后将二元混合分散液在超声波雾化器作用下形成气溶胶液滴，气溶胶液滴通过预热至650℃的管式炉，得到褶皱球状RGO包覆的核壳结构Fe-Fe3O4@mSiO2，抽滤在PTFE滤膜上，真空干燥，得到Fe-Fe3O4@mSiO2@RGO纳米颗粒；
在高温作用下，管式炉中的液滴快速蒸发，水分的快速蒸发导致液滴体积迅速减小，当水分完全蒸发之后，GO片收缩成褶皱的球状。同时，GO经过650-750℃的管式炉时，即转变成RGO，但还原度极低。
步骤3：将Fe-Fe3O4@mSiO2@RGO纳米颗粒置于管式炉，于还原气氛下进行低温氢热还原，低温氢热还原的温度为200℃，时间为4h，升温速率为2℃/min，还原气体由5vol％H2和95vol％Ar组成，得到含有高还原度RGO的Fe-Fe3O4@mSiO2@RGO复合材料。
实施例2：本实施例的一种Fe-Fe3O4@mSiO2@RGO复合材料的磁性能可控制备方法按以下步骤进行：
步骤1：
Fe3O4@mSiO2纳米颗粒的制备：
S1、将3.09g氯化铁、1.15g聚乙烯基吡咯烷酮和2.15g醋酸钠溶于32mL乙二醇，然后将溶液转移到不锈钢高压反应釜中，于200℃下反应8h，反应完毕冷却至室温，洗涤干燥，得到Fe3O4磁性纳米颗粒；
S2、向40mL水和30mL无水乙醇的混合液中加入0.5gFe3O4磁性纳米颗粒和0.172g十六烷基三甲基溴化铵，超声30min，然后加入575μL氨水和165μL正硅酸乙酯，机械搅拌6h，洗涤干燥，获得Fe3O4@mSiO2纳米颗粒；
核壳结构Fe-Fe3O4@mSiO2纳米颗粒的制备：
将Fe3O4@mSiO2纳米颗粒置于还原气体中，在500℃下氢热还原3h，升温速率为2℃/min，还原气体由5vol％H2和95vol％Ar组成，得到核壳结构Fe-Fe3O4@mSiO2纳米颗粒，储存于水中备用；
步骤2：
S1、将横向尺寸为1-2μm的GO纳米片通过超声破碎分散于去离子水中，超声破碎0.5h，得到浓度为1.1mg/mL的GO纳米片分散液；
S2、将核壳结构Fe-Fe3O4@mSiO2纳米颗粒通过超声破碎分散于去离子水中，超声破碎0.5h，得到浓度为0.26mg/mL的核壳结构Fe-Fe3O4@mSiO2纳米颗粒分散液；
S3、将GO纳米片分散液和核壳结构Fe-Fe3O4@mSiO2纳米颗粒分散液按1:1的体积比混合，得到二元混合分散液，然后将二元混合分散液在超声波雾化器作用下形成气溶胶液滴，气溶胶液滴通过预热至750℃的管式炉，得到褶皱球状RGO包覆的核壳结构Fe-Fe3O4@mSiO2，抽滤在PTFE滤膜上，真空干燥，得到Fe-Fe3O4@mSiO2@RGO纳米颗粒；
在高温作用下，管式炉中的液滴快速蒸发，水分的快速蒸发导致液滴体积迅速减小，当水分完全蒸发之后，GO片收缩成褶皱的球状。同时，GO经过650-750℃的管式炉时，即转变成RGO，但还原度极低。
步骤3：将Fe-Fe3O4@mSiO2@RGO纳米颗粒置于管式炉，于还原气氛下进行低温氢热还原，低温氢热还原的温度为220℃，时间为3h，升温速率为2℃/min，还原气体由5vol％H2和95vol％Ar组成，得到含有高还原度RGO的Fe-Fe3O4@mSiO2@RGO复合材料。
图1为实施例1中Fe3O4、Fe3O4@mSiO2、Fe-Fe3O4@mSiO2和Fe-Fe3O4@mSiO2@RGO的XRD图像，由图1可以看出，Fe3O4、Fe3O4@mSiO2、Fe-Fe3O4@mSiO2和Fe-Fe3O4@mSiO2@RGO纳米颗粒结晶度较高，衍射峰分别对应Fe3O4(JCPDS#07-0322)、Fe(JCPDS#06-0696)。
图2为实施例1中Fe3O4、Fe3O4@mSiO2、Fe-Fe3O4@mSiO2和Fe-Fe3O4@mSiO2@RGO的TEM和SEM图像，由图2可以看出，Fe3O4、Fe3O4@mSiO2、Fe-Fe3O4@mSiO2和Fe-Fe3O4@mSiO2@RGO纳米颗粒分散性较好，粒度分布均匀，mSiO2的厚度大约25nm。
图3为实施例1中Fe3O4、Fe3O4@mSiO2、Fe-Fe3O4@mSiO2和Fe-Fe3O4@mSiO2@RGO的电磁波吸收特征图像，由图3可以看出，Fe-Fe3O4@mSiO2相较于Fe3O4@mSiO2，Fe-Fe3O4@mSiO2厚度为2mm时，RL最小值为-26.8dB，最大有效吸收带宽为6.24GHz(11.57-17.81GHz)。通过调控退火温度得到更高的电磁损耗，因此获得了较好的微波吸收性能。Fe-Fe3O4@mSiO2@RGO厚度为2.5mm时，RL最小值达到-54.47dB。由RGO包覆Fe-Fe3O4@mSiO2中空结构不仅产生了多重界面极化，而且将高纵横比的RGO纳米片堆叠在一起，构建了三维导电网络，从而导致强烈的电导损耗。因此，Fe-Fe3O4@mSiO2@RGO实现了优秀的微波吸收性能。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，这些具体实施方式都是基于本发明整体构思下的不同实现方式，而且本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种Fe-Fe3O4@mSiO2@RGO复合材料，其特征在于，该复合材料由核壳结构Fe-Fe3O4@mSiO2纳米颗粒和褶皱的球状RGO构成，Fe-Fe3O4@mSiO2被包裹在RGO的褶皱中，核壳的壳层为mSiO2，磁核为Fe-Fe3O4。
2.根据权利要求1所述的一种Fe-Fe3O4@mSiO2@RGO复合材料，其特征在于，Fe-Fe3O4@mSiO2@RGO厚度为2.5mm时，RL最小值为-54.47dB。
3.权利要求1或2所述的一种Fe-Fe3O4@mSiO2@RGO复合材料的磁性能可控制备方法，其特征在于，该方法按以下步骤进行：
步骤1：将Fe3O4@mSiO2纳米颗粒置于还原气体中，在450-550℃下氢热还原，得到核壳结构Fe-Fe3O4@mSiO2纳米颗粒；
步骤2：分别将GO纳米片和核壳结构Fe-Fe3O4@mSiO2通过超声破碎分散于去离子水，得到各自的分散液，再将二者混合并在超声波雾化器作用下形成气溶胶液滴，气溶胶液滴通过预热的管式炉，得到褶皱球状RGO包覆的Fe-Fe3O4@mSiO2，抽滤在PTFE滤膜上，真空干燥，得到Fe-Fe3O4@mSiO2@RGO纳米颗粒；
步骤3：将Fe-Fe3O4@mSiO2@RGO纳米颗粒置于管式炉，于还原气氛下进行低温氢热还原，得到Fe-Fe3O4@mSiO2@RGO复合材料。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤1中Fe3O4@mSiO2纳米颗粒的制备过程为：
S1、将氯化铁、聚乙烯基吡咯烷酮和醋酸钠溶于乙二醇，然后将溶液转移到不锈钢高压反应釜中，反应完毕冷却至室温，洗涤干燥，得到Fe3O4磁性纳米颗粒；
S2、向水和无水乙醇的混合液中加入Fe3O4磁性纳米颗粒和十六烷基三甲基溴化铵，超声后加入氨水和正硅酸乙酯，机械搅拌，洗涤干燥，获得Fe3O4@mSiO2纳米颗粒。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，S1中反应釜内反应温度为180-220℃，反应时间为8-10h，氯化铁、聚乙烯基吡咯烷酮和醋酸钠的质量比为(2.91-3.09):(0.91-1.19):(1.91-2.19)，氯化铁的质量与乙二醇的体积比为(0.095-0.105)g:(0.9-1.1)mL。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，S2中Fe3O4磁性纳米颗粒与十六烷基三甲基溴化铵的质量比为0.5：(0.17-0.19)，氨水和正硅酸乙酯的体积比为(0.569-0.589):(0.139-0.169)，十六烷基三甲基溴化铵的质量与氨水的体积比为(0.056-0.063)g:(0.189-0.219)mL，水和无水乙醇的体积比为(3.5-4.5):(2.5-3.5)，超声20-30min，机械搅拌5-7h。
7.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤1中还原气体由5vol％H2和95vol％Ar组成，氢热还原时间为2-4h，升温速率为1.5-2.5℃/min，所得核壳结构Fe-Fe3O4@mSiO2纳米颗粒储存于水中。
8.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤2中GO纳米片分散液的浓度为0.9-1.1mg/mL，Fe-Fe3O4@mSiO2纳米颗粒分散液的浓度为0.24-0.26mg/mL，超声破碎0.5-1h，管式炉预热至650-750℃。
9.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤3中低温氢热还原的温度为200-240℃，时间为2-4h，升温速率为1.5-2.5℃/min，还原气体由5vol％H2和95vol％Ar组成。
10.权利要求1或2所述的一种Fe-Fe3O4@mSiO2@RGO复合材料用于制备低厚度宽频电磁波吸收构件。
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Citations (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006104021A (ja) * | 2004-10-06 | 2006-04-20 | Hitachi Maxell Ltd | 複合粒子 |
| CN103242802A (zh) * | 2013-05-16 | 2013-08-14 | 南京航空航天大学 | 吸波性能可调的空心Fe/Fe3O4@SiO2纳米结构的制备方法 |
| CN104910864A (zh) * | 2015-07-16 | 2015-09-16 | 北京新怡源环保科技有限公司 | 一种四氧化三铁复合二氧化硅与石墨烯的柔性纳米吸波材料及其制备方法 |
| CN106782986A (zh) * | 2017-01-23 | 2017-05-31 | 齐鲁工业大学 | 一种介孔双壳层核壳结构的磁性复合材料及其制备方法 |
| CN106800916A (zh) * | 2017-01-12 | 2017-06-06 | 东莞同济大学研究院 | 一种石墨烯基三元复合吸波材料及其制备方法 |
| CN107338023A (zh) * | 2017-07-17 | 2017-11-10 | 南京林业大学 | 一种纳米复合微波吸收剂及其制备方法 |
| CN108330471A (zh) * | 2018-02-02 | 2018-07-27 | 陕西科技大学 | 一种蛋黄型双壳层中空复合吸波材料的制备方法 |
| CN110012656A (zh) * | 2019-05-05 | 2019-07-12 | 安徽理工大学 | 一种金属-有机框架衍生四氧化三铁@碳/还原氧化石墨烯纳米复合吸波材料的制备方法 |
| CN110255536A (zh) * | 2019-06-24 | 2019-09-20 | 王坤 | 具有吸波性能和电磁屏蔽性能的复合材料及其制备方法 |
| CN110577818A (zh) * | 2018-06-07 | 2019-12-17 | 山东欧铂新材料有限公司 | 一种氧化石墨烯/四氧化三铁/二氧化硅吸波材料的制备方法 |
| CN111710991A (zh) * | 2020-06-24 | 2020-09-25 | 大连理工大学 | 螺旋碳纳米线圈/核壳结构磁性纳米颗粒复合材料、制备方法及其在电磁波领域的应用 |
| CN112516956A (zh) * | 2020-11-12 | 2021-03-19 | 蚌埠学院 | 一种磁性复合纳米材料的制备方法及其应用 |
-
2022
- 2022-07-20 CN CN202210856805.0A patent/CN115466596B/zh active Active
Patent Citations (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006104021A (ja) * | 2004-10-06 | 2006-04-20 | Hitachi Maxell Ltd | 複合粒子 |
| CN103242802A (zh) * | 2013-05-16 | 2013-08-14 | 南京航空航天大学 | 吸波性能可调的空心Fe/Fe3O4@SiO2纳米结构的制备方法 |
| CN104910864A (zh) * | 2015-07-16 | 2015-09-16 | 北京新怡源环保科技有限公司 | 一种四氧化三铁复合二氧化硅与石墨烯的柔性纳米吸波材料及其制备方法 |
| CN106800916A (zh) * | 2017-01-12 | 2017-06-06 | 东莞同济大学研究院 | 一种石墨烯基三元复合吸波材料及其制备方法 |
| CN106782986A (zh) * | 2017-01-23 | 2017-05-31 | 齐鲁工业大学 | 一种介孔双壳层核壳结构的磁性复合材料及其制备方法 |
| CN107338023A (zh) * | 2017-07-17 | 2017-11-10 | 南京林业大学 | 一种纳米复合微波吸收剂及其制备方法 |
| CN108330471A (zh) * | 2018-02-02 | 2018-07-27 | 陕西科技大学 | 一种蛋黄型双壳层中空复合吸波材料的制备方法 |
| CN110577818A (zh) * | 2018-06-07 | 2019-12-17 | 山东欧铂新材料有限公司 | 一种氧化石墨烯/四氧化三铁/二氧化硅吸波材料的制备方法 |
| CN110012656A (zh) * | 2019-05-05 | 2019-07-12 | 安徽理工大学 | 一种金属-有机框架衍生四氧化三铁@碳/还原氧化石墨烯纳米复合吸波材料的制备方法 |
| CN110255536A (zh) * | 2019-06-24 | 2019-09-20 | 王坤 | 具有吸波性能和电磁屏蔽性能的复合材料及其制备方法 |
| CN111710991A (zh) * | 2020-06-24 | 2020-09-25 | 大连理工大学 | 螺旋碳纳米线圈/核壳结构磁性纳米颗粒复合材料、制备方法及其在电磁波领域的应用 |
| CN112516956A (zh) * | 2020-11-12 | 2021-03-19 | 蚌埠学院 | 一种磁性复合纳米材料的制备方法及其应用 |
Non-Patent Citations (5)
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