本發明涉及微波吸收材料領域，且特別涉及一種吸波材料及其制備方法。
背景技術：
隨著現代科學技術的發展，電磁波輻射對環境的影響日益增大。在現代家庭中，電磁波在為人們造福的同時，也隨著“電子煙霧”的作用，直接或間接地危害人體健康。據美國權威的華盛頓技術評定處報告，家用電器和各種接線產生的電磁波對人體組織細胞有害。近10年來，關于電磁波對人體損害的報告接連不斷。據美國科羅拉多州大學研究人員調查，電磁污染較嚴重的丹佛地區兒童死于白血病者是其它地區的兩倍以上。瑞典學者托梅尼奧在研究中發現，生活在電磁污染嚴重地區的兒童，患神經系統腫瘤的人數大量增加。在機場航班因電磁波干擾無法起飛而誤點，在醫院移動電話常會干擾各種電子診療儀器的正常工作。因此，治理電磁污染，尋找一種能抵擋并削弱電磁波輻射的材料—吸波材料，已成為材料科學的一大課題。
吸波材料，指能吸收投射到它表面的電磁波能量的一類材料。吸波材料主要應用在隱身技術、改善整機電磁兼容性能、天線抗金屬隔離應用等方面。羰基鐵粉具有磁損耗大、吸波強度大的特點，因而成為吸波材料的研究熱點。但是羰基鐵粉具有密度大、易氧化的缺點，限制了羰基鐵粉的應用。
技術實現要素：
本發明的目的在于提供一種吸波材料的制備方法，采用化學鍍的方法對羰基鐵顆粒進行鍍鎳，并進行磁化處理，制得密度較低的片狀鍍鎳羰基鐵，降低了生產成本，對環境污染小，易于實現。
本發明的另一目的在于提供一種吸波材料，該吸波材料具有各向異性結構，具有較大的磁導率和磁損耗，從而提高電磁阻抗匹配。
本發明解決其技術問題是采用以下技術方案來實現的。
本發明提出一種吸波材料的制備方法，其包括：通過化學鍍在片狀羰基鐵顆粒表面鍍鎳，形成片狀鍍鎳羰基鐵。將片狀鍍鎳羰基鐵置于磁場強度為0.01～0.2T的靜磁場環境中進行磁化處理，得到吸波材料。
本發明提出一種吸波材料，由上述吸波材料的制備方法制備而成。
本發明實施例的一種吸波材料及其制備方法的有益效果是：通過球磨處理微米級別的羰基鐵顆粒，得到片狀結構的羰基鐵顆粒，減小了材料的厚度，使其渦流效應得以削減或抑制。將片狀結構的羰基鐵顆粒利用化學鍍方法鍍鎳，得到具有各向異性結構的鍍鎳羰基鐵，有利于突破磁性材料的Snoek極限，進而提高磁導率。并且該制備方法將材料進行磁化處理，使得處理后的鍍鎳羰基鐵具有更大的磁導率和磁損耗。同時，通過調整吸波材料的制備方法中球磨處理及化學鍍的各項參數以及反應條件，實現對制得的吸波材料的性能調控。
具體實施方式
為使本發明實施例的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述。實施例中未注明具體條件者，按照常規條件或制造商建議的條件進行。所用試劑或儀器未注明生產廠商者，均為可以通過市售購買獲得的常規產品。
下面對本發明實施例的一種吸波材料及其制備方法和應用進行具體說明。
本發明實施例提供的一種吸波材料的制備方法，包括以下步驟：
通過化學鍍在片狀羰基鐵顆粒表面鍍鎳，形成片狀鍍鎳羰基鐵，將片狀鍍鎳羰基鐵置于磁場強度為0.01～0.2T的靜磁場環境中進行磁化處理，得到吸波材料。
進一步地，在本發明較佳實施例中，片狀羰基鐵顆粒的制備方法為：將微米級別的羰基鐵顆粒與乙醇按照質量比為1:2～1:3混合后置于球磨機中球磨，球磨機的轉速為450～500rpm，球磨5～7小時后即得片狀羰基鐵顆粒。
對球形羰基鐵來說，納米羰基鐵有比微米羰基鐵高得多的介電常數虛部，但磁導率虛部比微米羰基鐵低，由于磁損耗是納米和微米羰基鐵復合材料中的主要損耗類型，總的微波吸收性質納米羰基鐵并不比微米羰基鐵好，故選取微米級別的羰基鐵顆粒為原料。羰基鐵顆粒在球磨過程中發生碰撞，會有新鮮表面露出，與空氣接觸容易氧化。加入乙醇可防止羰基鐵顆粒被氧化，或是在球磨前向球磨機中充入惰性氣體達到防止氧化的目的。
進一步地，在本發明較佳實施例中，片狀羰基鐵顆粒表面鍍鎳的方法是：將含有片狀羰基鐵顆粒的羰基鐵懸浮液與含鎳的鍍液混合并超聲振蕩，在55～75℃的條件下反應，即得片狀鍍鎳羰基鐵。
將羰基鐵懸浮液與鍍液按照羰基鐵懸浮液中鐵的含量與鍍液中鎳的質量比為1:1～2:1混合，用超聲振蕩使羰基鐵在溶液中分散均勻，在55～75℃的條件下反應5～10min，利用還原劑將鍍液中的鎳離子還原為金屬鎳并沉積到片狀羰基鐵顆粒表面上，即得片狀鍍鎳羰基鐵。離子反應式為：
H2PO2-+H2O→HPO3-+2H+H+，
Ni2++2H→Ni+2H+，
H2PO2-+H→H2O+OH-+P，3P+Ni→NiP3，
2H→H2↑。
通過調控化學鍍的反應參數及反應條件，可以調控的鍍層的厚度及鍍層中磷的質量分數，得到物理化學特性不同的鍍層，如硬度、抗蝕性能、耐磨性能、電磁性能等。
進一步地，在本發明較佳實施例中，羰基鐵懸浮液的制備方法包括：將片狀羰基鐵顆粒、分散劑與乙醇混合，通過超聲振蕩將片狀羰基鐵顆粒分散在乙醇中，即得羰基鐵懸浮液，分散劑為甲基纖維素或羧甲基纖維鈉。
進一步地，在本發明較佳實施例中，鍍液的制備方法為：將水溶性的鎳鹽、水溶性的絡合劑、水溶性的還原劑和水混合得到混合溶液，用氨水調節混合溶液的pH值至7～9，即得鍍液，其中，水溶性的鎳鹽為硫酸鎳且含量為2wt％～4wt％，水溶性的絡合劑為檸檬酸鈉且含量為2wt％～3wt％，水溶性的還原劑為次亞磷酸鈉且含量為1wt％～2wt％，余量為水。
進一步地，在本發明較佳實施例中，將片狀鍍鎳羰基鐵進行磁化處理的方法為：在磁場強度為0.01～0.2T的靜磁場環境中，將片狀鍍鎳羰基鐵與石蠟按照重量比為2:3～1:1混合成形。
具體的，將片狀鍍鎳羰基鐵與石蠟混合后，在50～70℃的條件下升溫加熱10～15min至石蠟完全融化，冷卻成形即得吸波材料。
本發明實施例還提供了一種吸波材料，其采用上述的制備方法制得。該吸波材料具有各向異性結構，有利于突破磁性材料的Snoek極限，進而提高磁導率。并且經過磁化處理后吸波材料具有更大的磁導率和磁損耗。
進一步地，在本發明較佳實施例中，吸波材料中片狀鍍鎳羰基鐵的含量為40wt％～50wt％。
吸波材料中片狀鍍鎳羰基鐵作為吸收劑，含量低，吸收微波的能力低；含量高，則吸收微波的能力高。但是，含量過高超過逾滲閾值會導致微波反射過高，不利于吸收，同時也增大吸波材料的密度，提高生產成本。片狀鍍鎳羰基鐵的含量對吸波材料的性能有很大的影響。
以下結合實施例對本發明的特征和性能作進一步的詳細描述。
實施例1
本實施例提供了一種吸波材料，該吸波材料的制備方法如下：
將微米級別的羰基鐵顆粒置于球磨機中球磨，球磨機的轉速為450rpm，球磨5小時后即得片狀羰基鐵顆粒。
將片狀羰基鐵顆粒、甲基纖維素與乙醇混合，通過超聲振蕩將片狀羰基鐵顆粒分散在乙醇中，即得羰基鐵懸浮液。
按質量百分數計，將2％硫酸鎳、2％檸檬酸鈉、1％次亞磷酸鈉依次溶于余量的去離子水中，混合得到混合溶液，用氨水調節混合溶液的pH值至7，即得鍍液。
將羰基鐵懸浮液與鍍液按照羰基鐵懸浮液中鐵的含量與鍍液中鎳的含量比為1:1混合，用超聲振蕩使羰基鐵在溶液中分散均勻，在55℃的條件下反應5min，即得片狀鍍鎳羰基鐵。
將片狀鍍鎳羰基鐵與石蠟按照重量為1:1混合后，在磁場強度為0.01T的靜磁場環境中，50℃的條件下升溫加熱10min至石蠟完全融化，冷卻成形即得吸波材料。吸波材料中片狀鍍鎳羰基鐵的含量為50wt％。
實施例2
本實施例提供了一種吸波材料，該吸波材料的制備方法如下：
將微米級別的羰基鐵顆粒與乙醇按照質量比為1:2混合后置于球磨機中球磨，球磨機的轉速為450rpm，球磨6小時后即得片狀羰基鐵顆粒。
將片狀羰基鐵顆粒、甲基纖維素與乙醇混合，通過超聲振蕩將片狀羰基鐵顆粒分散在乙醇中，即得羰基鐵懸浮液。
按質量百分數計，將3％硫酸鎳、2.5％檸檬酸鈉、1.5％次亞磷酸鈉依次溶于余量的去離子水中，混合得到混合溶液，用氨水調節混合溶液的pH值至8，即得鍍液。
將羰基鐵懸浮液與鍍液按照羰基鐵懸浮液中鐵的含量與鍍液中鎳的含量比為1.5:1混合，用超聲振蕩使羰基鐵在溶液中分散均勻，在65℃的條件下反應5min，即得片狀鍍鎳羰基鐵。
將片狀鍍鎳羰基鐵與石蠟按照重量為2:3混合后，在磁場強度為0.1T的靜磁場環境中，60℃的條件下升溫加熱10min至石蠟完全融化，冷卻成形即得吸波材料。
吸波材料中片狀鍍鎳羰基鐵的含量為40wt％。
實施例3
本實施例提供了一種吸波材料，該吸波材料的制備方法如下：
將微米級別的羰基鐵顆粒與乙醇按照質量比為1:2.5混合后置于球磨機中球磨，球磨機的轉速為475rpm，球磨7小時后即得片狀羰基鐵顆粒。
將片狀羰基鐵顆粒、羧甲基纖維鈉與乙醇混合，通過超聲振蕩將片狀羰基鐵顆粒分散在乙醇中，即得羰基鐵懸浮液。
按質量百分數計，將4％硫酸鎳、3％檸檬酸鈉、2％次亞磷酸鈉依次溶于余量的去離子水中，混合得到混合溶液，用氨水調節混合溶液的pH值至9，即得鍍液。
將羰基鐵懸浮液與鍍液按照羰基鐵懸浮液中鐵的含量與鍍液中鎳的含量比為2:1混合，用超聲振蕩使羰基鐵在溶液中分散均勻，在75℃的條件下反應7min，即得片狀鍍鎳羰基鐵。
將片狀鍍鎳羰基鐵與石蠟按照重量為2:3混合后，在磁場強度為0.2T的靜磁場環境中，70℃的條件下升溫加熱12min至石蠟完全融化，冷卻成形即得吸波材料。
吸波材料中片狀鍍鎳羰基鐵的含量為40wt％。
實施例4
本實施例提供了一種吸波材料，該吸波材料的制備方法如下：
將微米級別的羰基鐵顆粒與乙醇按照質量比為1:3混合后置于球磨機中球磨，球磨機的轉速為500rpm，球磨7小時后即得片狀羰基鐵顆粒。
將片狀羰基鐵顆粒、羧甲基纖維鈉與乙醇混合，通過超聲振蕩將片狀羰基鐵顆粒分散在乙醇中，即得羰基鐵懸浮液。
按質量百分數計，將4％硫酸鎳、3％檸檬酸鈉、2％次亞磷酸鈉依次溶于余量的去離子水中，混合得到混合溶液，用氨水調節混合溶液的pH值至9，即得鍍液。
將羰基鐵懸浮液與鍍液按照羰基鐵懸浮液中鐵的含量與鍍液中鎳的含量比為2:1混合，用超聲振蕩使羰基鐵在溶液中分散均勻，在75℃的條件下反應10min，即得片狀鍍鎳羰基鐵。
將片狀鍍鎳羰基鐵與石蠟按照重量為9:10混合后，在磁場強度為0.2T的靜磁場環境中，70℃的條件下升溫加熱15min至石蠟完全融化，冷卻成形即得吸波材料。
吸波材料中片狀鍍鎳羰基鐵的含量為45wt％。
實施例5
本實施例提供了一種吸波材料，該吸波材料的制備方法如下：
將微米級別的羰基鐵顆粒置于球磨機中，向球磨機中充入惰性氣體進行球磨，球磨機的轉速為500rpm，球磨7小時后即得片狀羰基鐵顆粒。
將片狀羰基鐵顆粒、羧甲基纖維鈉與乙醇混合，通過超聲振蕩將片狀羰基鐵顆粒分散在乙醇中，即得羰基鐵懸浮液。
按質量百分數計，將3％乙酸鎳、2.5％檸檬酸鈉、1.5％次亞磷酸鈉依次溶于余量的去離子水中，混合得到混合溶液，用氨水調節混合溶液的pH值至8，即得鍍液。
將羰基鐵懸浮液與鍍液按照羰基鐵懸浮液中鐵的含量與鍍液中鎳的含量比為2:1混合，用超聲振蕩使羰基鐵在溶液中分散均勻，在65℃的條件下反應6min，即得片狀鍍鎳羰基鐵。
將片狀鍍鎳羰基鐵與石蠟按照重量為9:11混合后，在磁場強度為0.1T的靜磁場環境中，60℃的條件下升溫加熱15min至石蠟完全融化，冷卻成形即得吸波材料。
吸波材料中片狀鍍鎳羰基鐵的含量為45wt％。
對比例1
選取未進行球磨的微米級別的羰基鐵顆粒，將其與石蠟按照質量比為1:2混合，得到混合物。
對比例2
選取未進行球磨的微米級別的羰基鐵顆粒，將其與石蠟按照質量比為2:3混合，得到混合物。
對比例3
選取球磨后的片狀羰基鐵顆粒，將其與石蠟按照質量比為2:3混合，得到混合物。
對比例4
選取具有較好吸波性能的FeCo/C，將FeCo/C與石蠟按照質量比為2:3混合，得到混合物。
試驗例1
選取實施例1、實施例2、實施例3、實施例4、實施例5的吸波材料及對比例1、對比例2、對比例3的混合物，在專用模具中壓制成同軸試樣，采用矢量網絡分析儀分析材料的電磁參數，測試頻率范圍為2～18GHz。
表1電磁參數對比結果
由表1結果可知，實施例1、實施例2、實施例3、實施例4的吸波材料具有比對比例1、對比例2、對比例3、對比例4的混合物高的復磁導率。球磨后形成的片狀羰基鐵顆粒的表面積相對微米級別的羰基鐵顆粒較大，使得粉體之間的磁矩的交換耦合作用增強、渦流損耗減小，同時各向異性結構有助于材料磁導率在高頻下突破Snoek極限的限制。通過本發明提供的吸波材料的制備方法得到的吸波材料，復磁導率增大，提高材料對電磁波的磁損耗，易滿足阻抗匹配條件，介電損耗機制和磁損耗機制能夠同時起作用，使吸波材料具有優越的吸波性能。
綜上所述，本發明實施例的吸波材料及其制備方法通過球磨處理微米級別的羰基鐵顆粒，得到片狀結構的羰基鐵顆粒，減小了材料的厚度，使其渦流效應得以削減或抑制。將片狀結構的羰基鐵顆粒利用化學鍍方法鍍鎳，得到具有各向異性結構的鍍鎳羰基鐵，有利于突破磁性材料的Snoek極限，進而提高磁導率。并且該制備方法將材料進行磁化處理，使得處理后的鍍鎳羰基鐵具有更大的磁導率和磁損耗。同時，通過調整吸波材料的制備方法中球磨處理及化學鍍的各項參數以及反應條件，實現對制得的吸波材料的性能調控。
以上所描述的實施例是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。本發明的實施例的詳細描述并非旨在限制要求保護的本發明的范圍，而是僅僅表示本發明的選定實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。