CN1403406A - 一种含碳包金属、碳包金属化合物电磁波吸收材料及应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种含碳包金属、碳包金属化合物电磁波吸收材料及该电磁波吸收材料的应用。该电磁波吸收材料是由碳包金属或碳包金属化合物和基质材料组成，在微波和红外线频率范围内有很好的复介电常数和复磁导率，在防电磁波辐射、雷达波信号衰减、抗电磁干扰、劳动保护等领域应用广泛。如：可用作雷达波吸收材料，红外线吸收材料，防电磁波辐射劳动保护用品，计算机及通信设备的电磁波屏蔽材料或器件，移动电话的防电磁波辐射材料等。

Description

一种含碳包金属、碳包金属化合物电磁波吸收材料及应用

                          技术领域

本发明涉及一种电磁波吸收材料，更具体地说它是一种含碳包金属、碳包金属化合物电磁波吸收材料。本发明还涉及该电磁波吸收材料的应用。

                          背景技术

通常，作为一种电磁波吸收材料，在电磁波频率范围内，材料必需具有复介电常数或复磁导率，而且复介电常数的还虚部或复磁导率的虚部要足够大，如果材料同时具有良好的复介电常数和复磁导率，这种材料就有可能在很宽的频率范围内，通过介电损耗和磁滞损耗吸收电磁波能量并将其转化成其它能量形式，从而使通过材料的电磁波信号大大衰减。

目前，被广泛用作电磁波介电损耗材料的有碳黑，通过在非导电基质材料中添加碳黑，以增加材料的导电性，提高材料的介电损耗。但这种组合材料在实际应用中很难大幅提高材料的介电损耗性能，这是因为材料的复介电常数难以大幅改善，而且复合材料中的碳黑会发生聚集，导致材料的局部显示出导电的不规则性。1976年，日本人Atsushi Tomonaga和Tachikawa发明了一种电磁波吸收材料(U.S Pat.No.3951904)，该材料是由空心碳球和非导电材料复合而成。此外，Stomier Roger A发现的视黄基席夫碱盐(Sampe J.1991，7/8：9)，以及聚乙炔、聚吡咯、聚苯胺、聚噻吩等导电高分子材料也可用作介电损耗材料，近年来研究的SiC陶瓷材料也显示出了较好的介电损耗特性。以上列举的介电损耗材料在微波高频段有不同程度的介电损耗特性，但大部分材料不具备磁滞损耗特性。

磁滞损耗电磁波吸收材料，常见的有铁氧体，金属粉，纳米金属颗粒等，这些吸收剂往往具有较好的复磁导率，但复介电常数并不理想，而且，金属材料比重大，抗氧化、耐腐蚀性能差，在实际应用中受到限制。

                          发明内容

碳包金属或碳金属化合物微粉是一种新型纳米材料，但金属为过渡金属或稀土金属时。材料具有优越的磁学特性。其结构特征是金属或金属化合物钠米颗粒被碳包裹而相互隔离，这种新的结构形式使其显示出良好的电、磁特性。材料的热稳定性和耐腐蚀性好。由于微粉材料的外层含有C＝C键，材料可强烈吸收红外线。

本发明的目的是提供一种新型电磁波吸收材料，该材料由碳包金属、碳包金属化合物与基质材料复合而成，在微波和红外频段，具有很好复介电常数和复磁导率，可有效吸收微波和红外线能量。

本发明的另一个目的是提供所述电磁波吸收材料的应用。本发明的目的是通过如下措施来实现的：

碳包金属、碳包金属化合物微粉的制备可采用交流电弧法(ZL 99 120144.2)；直流电弧法(Science，1993，259，346；Jpn.J.Appl.Phys.，1994，33，L526)以及其它方法(Chem.Phys.Letts，1998，293，53；J.Mater.Chem.，2000，10，1971；J.Alloys and Compounds，2002，333，308；J.Mater.Chem.，2000，10，715；J.Appl.Phys.，1998，11，6468；J.Appl.Phys.，1998，8，4409；Physics Letters A，1999，254，65；Carbon，2000，38，775；Materials research Bulletin，1998，33[4]，663；ScriptaMaterialia，2001，44，1583)，其中交流电弧法是最有效的方法之一。通过上述方法制备出的碳包金属、碳包金属化合物微粉，其结构特征是：金属或金属化合物颗粒被外层碳包裹，微粉的尺寸大小为50nm-10um，金属或金属化合物颗粒度为5nm-500nm。微粉具有很高的热稳定和化学稳定性。

将碳包金属、碳包金属化合物微粉分散到基质材料中，制备成电磁波吸收材料。基质材料可以选用有机材料，如：石蜡，沥青，聚苯乙烯，聚氨酯，有机玻璃，环氧树酯，聚苯氨，聚吡咯，各种橡胶和粘合剂材料，也可选用无机材料，如：硅酸盐，SiO₂。

碳包金属、碳包金属化合物中的金属可选用过渡金属，如：Fe，Co，Ni，Mn，Ti，也可选用稀土金属，如：Gd，Y，Nd，Sm。金属化合物为金属碳化物、氮化物、氧化物、硫化物。

在合成的碳包金属、金属化合物微粉中金属含量为5wt％-95wt％。

在配制成的碳包金属电磁波吸收材料中，碳包金属、碳包金属化合物微粉所占的重量比为5％-90％。

将碳包金属、碳包金属化合物微粉分散到基质材料中，制成本发明的电磁波吸收材料，其介电损耗角正切tgδ_ε可达1.0，磁滞损耗角正切tgδ_μ可达0.7，在电磁波频率范围内，材料表面电磁波反射率减小90％以上。

本发明涉及的电磁波吸收材料具有重要的实际应用价值，可用作雷达波吸收材料，红外线吸收材料，防电磁波辐射劳动保护用品，计算机及通信设备的电磁屏蔽材料或器件，手机防电磁波辐射材料。

                          具体实施方式

为了更清楚地说明本发明，列举下列实施例，但这对本发明无任何限制。

实施例1

选用铁含量为70wt％的碳包铁微粉，基质材料选用石蜡，微粉/石蜡＝1/1(重量比)，配制成的微波吸收材料的复介电常数和复磁导率为：8.2GHz：ε′＝14.44，ε″＝14.31；10.0GHz：ε′＝13.34，ε″＝12.10，μ′＝1.06，μ″＝0.12；12.0GHz：ε′＝12.74，ε″＝10.68。

实施例2

选用铁含量为80wt％的碳包铁微粉，基质材料选用石蜡，微粉/石蜡＝4/1(重量比)，配制成的微波吸收材料的复介电常数和复磁导率为：8.2GHz：ε′＝28.5，ε″＝29.21；10.0GHz：ε′＝24.76，ε″＝21.22，μ′＝1.1，μ″＝0.27；12.0GHz：ε′＝24.04，ε″＝16.01；μ′＝0.78，μ″＝0.31；15.0GHz：ε′＝22.74，ε″＝14.27，μ′＝0.95，μ″＝0.24；18.0GHz：ε′＝21.78，ε″＝13.31；μ′＝0.91，μ＝0.21。

实施例3

选用铁含量为70wt％的碳包铁微粉，基质材料选用石蜡，微粉/石蜡＝1/1(重量比)，配制成的微波吸收材料在300mm×300mm铝板上涂制成膜，膜的厚度为1.3mm，平板反射率在8Ghz-18GHz频率范围内减小8-14dB。

需要说明的是对于所属领域技术人员来说，在不改变本发明原理的情况下，还可以对本发明作出若干改进或变形，这同样属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种含碳包金属、碳包金属化合物电磁波吸收材料，它由碳包金属和/或碳包金属化合物微粉分散到基质材料中形成，其特征在于所述碳包金属或碳包金属化合物微粉的尺寸大小为50nm-10um，金属或金属化合物颗粒度为5nm-500nm。

2.根据权利要求1所述的一种含碳包金属、碳包金属化合物电磁波吸收材料，其特征在于所述碳包金属或碳包金属化合物微粉所占的重量比为5％-90％。

3.根据权利要求1所述的一种电磁波吸收材料，其特征在于碳包金属或碳包金属化合物微粉中金属含量为5wt％-95wt％。

4.根据权利要求1所述的一种电磁波吸收材料，其特征在于所述碳包金属或碳包金属化合物微粉是由金属或金属化合物颗粒被外层碳包裹。

5.根据权利要求1或2所述的一种电磁波吸收材料，其特征在于所述金属为过渡金属、稀土金属。

6.根据权利要求1所述的一种电磁波吸收材料，其特征在于所述的金属化合物为金属碳化物、氮化物、氧化物、硫化物。

7.根据权利要求1所述的一种电磁波吸收材料，其特征在于所述的基质材料为有机材料，所述有机材料为石蜡、沥青、聚苯乙烯、聚氨酯、有机玻璃、环氧树酯、聚苯胺、聚吡咯、有机硅、各种橡胶和粘合剂材料中的一种或几种。

8.根据权利要求1所述的一种电磁波吸收材料，其特征在于所述的基质材料为无机材料。

9.根据权利要求1所述的一种电磁波吸收材料，其特征在于它在雷达波吸收材料、红外线吸收材料、防电磁波辐射劳动保护用品、计算机及通信设备的电磁屏蔽材料或器件、手机防电磁波辐射材料中的应用。