專利名稱：一種高效吸波粒子、吸波材料及其應用、制備方法
技術領域：
本發明涉及一種用于吸收電磁波的高效吸波粒子、吸波材料及其應用、制備方法。
背景技術：
吸波材料在吸波劑的選擇方面有鐵氧體、磁納米膠囊、聚苯胺包覆炭黑、導電 高分子、碳化硅粉末納米、石墨-碳纖維等，人們在吸波材料的研究方面進行了許多工 作，如以玻璃微珠為基核在表層沉積納米金屬(銅、鎳)微粒及TiO2微粒制得復合材料 等。總之，如何提高吸波材料的吸收效率、拓寬對電磁波的吸收頻率、并使材料盡可能 的比重輕且耐受各種環境考驗是人們不斷最求的目標。發明內容
本發明提供一種能夠高效吸收電磁波的高效吸波粒子、吸波材料及其應用、制 備方法，由本發明制成的涂層或層狀材料對電磁波的吸收效率高、且具有比重輕、耐高 溫、吸收頻率寬的特點。
本發明采用如下技術方案本發明所述的一種高效吸波粒子，所述吸波粒子為金屬空心微粒，且微粒的表面有 蜂窩狀孔洞。
本發明所述的一種吸波材料，在基體材料中加入吸波粒子，吸波粒子的加入量 為吸波粒子與基體材料總質量的5% 80%，所述的基體材料為涂料、織物、膩子、陶 瓷、橡膠及塑料中的一種，所述的吸波粒子為金屬空心微粒，且微粒的表面有蜂窩狀孔 洞。
本發明所述的吸波粒子作為將電磁能轉化為熱能的應用。
—種吸波粒子的制備方法，先使用化學鍍在以鐵粉、鋁粉或鋅粉為基核的表面 包覆1納米 50微米的金、銀、鉬、鈀、鎳、鎢、鉬、鉛、銅、錫、鈷、鎘或其合金 層，然后，使用質量百分比濃度為5% 25%的鹽酸對包覆后的粉末進行腐蝕，使包覆 的金屬層因腐蝕而在表面出現孔洞并使基核也被腐蝕溶解，最后，對粉末進行反復清洗 后烘干，得到呈空心微粒的吸波粒子。
與現有技術相比，本發明具有如下優點 1、吸收效率高從電磁波的頻率和波長考慮，輻射到吸波粒子表面的電磁波會發生反射、衍射等。 本發明的吸波粒子的微觀結構特點決定其比表面積大幅度增加，電磁波在各微粒金屬表 面之間持續不規則反射的機會也將大幅度增加，吸波粒子持續不規則的反射將使電磁波 攜帶的能量消耗而被高效轉變為熱能，表現為吸波粒子溫度的升高。
2、比重輕由于金屬微粒內部為空心結構，吸波粒子的堆積比重及含有吸波粒子的涂層都比現在鐵粉或鐵氧體吸波粒子及制成的涂層的比重小30%以上。
3、耐高溫采取鐵氧體和有機高分子做吸波粒子在攝氏200以上可能失效，而本發明的吸波粒 子只要將溫度控制在吸波粒子制成金屬的熔點以下就可以保持對電磁波的吸收能力。
4、對電磁波的吸收頻率寬由于吸波粒子的金屬成份、微粒尺寸及表面納米蜂窩尺寸可以調整，可以找出能適 合吸收某一頻率范圍電磁波的吸波粒子型號(金屬成份、微粒尺寸、表面蜂窩尺寸)， 將多個型號的吸波粒子與環氧樹脂等進行均勻混合，就可制成能吸收寬波段電磁波的吸 波材料。
圖1是吸波粒子的結構示意圖。
圖2是含有吸波粒子的涂層對電磁波吸收的示意圖。
圖3是對實施列2制備的吸波粒子進行掃描探針顯微鏡的觀測結果。
圖4是按CJB2038-94檢測方法，對涂覆有含編號為4#吸波粒子涂層的試板進行 檢測后所得的電磁波反射率結果圖。
圖5是按CJB2038-94檢測方法，對涂覆有含2微米羰基鐵粉涂層的試板進行檢 測后所得的電磁波反射率結果圖。
圖6是按CJB2038-94檢測方法，對涂覆有含編號為1_2吸波粒子涂層的試板進 行檢測后所得的電磁波反射率結果圖。
圖7是按CJB2038-94檢測方法，對涂覆有含50納米鐵粉涂層的試板進行檢測后 所得的電磁波反射率結果圖。
具體實施方式
實施例1將粒徑2微米的鐵粉500克進行以下步驟處理超聲波除油清洗10分鐘——7jC洗——10%鹽酸洗10分鐘——化學鍍銅2小時——7jC 洗——10%鹽酸洗30分鐘一一7jC洗——烘干。
超聲波清洗液中加入30克/升NaOH，20克/升NaHCO3, 20克/升Na3PO4, 1克/升OP-IO，使粉末表面除油更加徹底。
化學鍍銅的工藝為硫酸銅25克/升，乙二胺四乙酸30克/升，酒石酸鉀鈉15 克/升，2，2聯吡啶10毫克/升，甲醛10毫升/升，用10%Na()H調節PH至11-13， 控制溫度40-55° C。
將經化學鍍銅處理表面包覆銅的粉末加入10%的鹽酸中進行腐蝕，使微粒內部 的鐵被腐蝕溶解，對粉末進行反復清洗后烘干，制成吸收粒子，編號為4#。
實施例2將粒徑50納米左右的鋁粉500克進行以下步驟處理超聲波除油清洗10分鐘——水洗——10%鹽酸洗10分鐘——化學鍍鎳3小時——7jC 洗——10%鹽酸洗30分鐘一一7jC洗——烘干。
超聲波清洗液中加入30克/升Na2CO3, 20克/升NaHCO3, 20克/升Na3PO4,1克/升OP-IO，使粉末表面除油更加徹底。
化學鍍鎳的工藝為硫酸鎳25克/升，乳酸20克/升，酒石酸鈉15克/升， KI0320毫克/升，水合胼15毫升/升，用10%Na()H調節PH至6.5-7.5，控制溫度 83-88° C。
將經化學鍍鎳處理表面包覆鎳的粉末加入10%的鹽酸中進行腐蝕，使微粒內部 的鋁被腐蝕溶解，對粉末進行反復清洗后烘干，制成吸波粒子，編號為1-2。
對吸波粒子進行掃描探針顯微鏡的觀測，結果見圖3。
圖3中粒子為外徑100納米左右的微粒，表面布滿1-3納米的孔洞。
實施例3參照圖2和圖1，當電磁波A輻射到聚集在一起的吸波粒子時，除非電磁波逃出吸波 粒子聚居區，否則將在聚集的吸波粒子表面間被持續反射直至能量徹底消耗殆盡，其電 磁能轉化為熱能被吸波粒子吸收，表現為吸波粒子溫度的升高。電磁波A向基體4輻射 時，首先在涂層3表面會有部分的反射波C，進入涂層3內部的電磁波將遇到大量的吸波 粒子，形成電磁波B，電磁波B在這些粒子各表面之間將發生持續的反射，直至將電磁波 的能量消耗殆盡，沒有遇到吸波粒子的電磁波A的一部分和沒有被消耗的部分電磁波B 到達基體4的表面形成反射波，這些反射波又進入涂層3內部，又在吸波粒子表面間發生 持續的反射直至能量消耗，只要電磁波不徹底離開涂層表面，在涂層內部運動就極有可 能被吸波粒子表面之間持續反射，直至能量耗盡，少部分電磁波逃出涂層3形成電磁波 D。被消耗的電磁能被吸波粒子吸收轉換為熱能表現為吸波粒子溫度的升高。
基于上述吸波粒子的工作原理，本發明提出同時微波照射溫升測量比較法來 快速比較評價吸波粒子或吸波材料。用相同形狀和容積的陶瓷甘鍋各裝同樣份量需要 比較的材料，先用紅外溫度計進行溫度測量，然后將甘鍋放入微波爐、同時放入裝有 lOO-lOOOml水的燒杯。開啟微波爐，并記錄時間，當微波爐停止工作時立即打開微波爐 取出甘鍋，迅速用紅外溫度計測量甘鍋內粉末的溫度，并記錄。粉末溫度升高值越大， 則說明該吸收劑對該微波發射頻率的微波吸收效率越高。更換微波爐內發射微波的器件 以調整微波發射頻率，重覆上述測量步驟，就可以比較吸波材料在新的微波頻率下的吸 收效率高低。
上述方法，避免了測試吸收劑電導率、磁導率、反射率的麻煩，可以快速比較 吸收劑對微波吸收效率的高低，從而達到快速篩選評價的目的，對于大批量吸收劑的生 產過程，則可用于產品質量的快速監控。
在本實施例中，取四個甘鍋，分別裝5克粒徑2微米羰基鐵粉、5克實施列1所 制備的4#吸波粒子，5克粒徑50納米的鐵粉，5克實施列2所制備的1-2吸波粒子，將 四個裝有樣品的甘鍋放入微波爐中，同時放入裝有100—500毫升水的燒杯。分別開啟 微波爐照射，記錄時間，待微波爐停止工作后立即取出樣品并使用紅外溫度計測量粉末 溫度。多次重覆上述過程，測量的記錄如下表權利要求
1.一種高效吸波粒子，其特征在于，所述吸波粒子為空心微粒(1)，且微粒的表面 有蜂窩狀孔洞(2)。
2.根據權利要求1所述的高效吸波粒子，其特征在于，所述吸波粒子為金、銀、鉬、 鈀、鎳、鎢、鉬、鉛、銅、錫、鈷、鎘或其合金空心微粒。
3.根據權利要求1或2所述的高效吸波粒子，其特征在于空心微粒的粒徑為5納米至 150微米，空心微粒的殼層厚度為微粒粒徑的1/10—1/3，蜂窩狀孔洞的孔徑為0.1-10納米。
4.一種吸波材料，其特征在于，在基體材料中加入吸波粒子，吸波粒子的加入量 為吸波粒子與基體材料總質量的5% 80%，所述的基體材料為涂料、織物、膩子、陶 瓷、橡膠及塑料中的一種，所述的吸波粒子為金屬空心微粒，且微粒的表面有蜂窩狀孔 洞。
5.根據權利要求4所述的吸波材料，其特征在于，所述吸波粒子為金、銀、鉬、鈀、 鎳、鎢、鉬、鉛、銅、錫、鈷、鎘或其合金空心微粒。
6.根據權利要求4或5所述的吸波材料，其特征在于，空心微粒的粒徑為5納米至 150微米，空心微粒的殼層厚度為微粒粒徑的1/10—1/3，蜂窩狀孔洞的孔徑為0.1-10納米。
7.—種權利要求1所述吸波粒子作為將電磁能轉化為熱能的應用。
8.—種權利要求1所述吸波粒子的制備方法，其特征在于，先使用化學鍍在以鐵粉、 鋁粉或鋅粉為基核的表面包覆1納米 50微米的金、銀、鉬、鈀、鎳、鎢、鉬、鉛、 銅、錫、鈷、鎘或其合金層，然后，使用質量百分比濃度為5% 25%的鹽酸對包覆后 的粉末進行腐蝕，使包覆的金屬層因腐蝕而在表面出現孔洞并使基核也被腐蝕溶解，最 后，對粉末進行反復清洗后烘干，得到呈空心微粒的吸波粒子。
全文摘要
一種高效吸波粒子，為空心微粒且微粒的表面有蜂窩狀孔洞。一種吸波材料，在基體材料中加入吸波粒子，吸波粒子的加入量為吸波粒子與基體材料總質量的5％～80％，基體材料為涂料、織物、膩子、陶瓷、橡膠及塑料中的一種。本發明所述的吸波粒子作為將電磁能轉化為熱能的應用。一種吸波粒子的制備方法，先使用化學鍍在以鐵粉、鋁粉或鋅粉為基核的表面包覆1納米～50微米的金、銀、鉑、鈀、鎳、鎢、鉬、鉛、銅、錫、鈷、鎘或其合金層，然后，使用質量百分比濃度為5％～25％的鹽酸對包覆后的粉末進行腐蝕，使包覆的金屬層因腐蝕而在表面出現孔洞并使基核也被腐蝕溶解，最后，對粉末進行反復清洗后烘干，得到呈空心微粒的吸波粒子。
文檔編號B22F9/00GK102019427SQ20101059485
公開日2011年4月20日 申請日期2010年12月20日 優先權日2010年12月20日
發明者吳浩 申請人:吳浩