一种铁酸钴复合铁碳吸波材料及其制备方法和应用与流程

本发明涉及电磁波吸收材料，尤其涉及一种铁酸钴复合铁碳吸波材料及其制备方法和应用。

背景技术：

1、随着现代电子信息技术的快速发展，特别是高频无线通信、高集成度微波射频器件、柔性穿戴电子设备以及军用雷达探测与隐身技术的广泛应用，空间中的电磁环境日趋复杂。高密度的电磁辐射不仅会导致精密电子元器件之间产生严重的电磁干扰，引发射频信号失真、数据传输异常甚至系统运行失稳。此外，在军事隐身领域，雷达探测技术向着多频段、高分辨率和多通道方向发展，对武器装备表面的雷达散射截面（rcs）减缩提出了严格要求。有鉴于此，开发兼具“薄匹配厚度、低表观密度、宽有效吸收频带、强吸收能力”（即“薄、轻、宽、强”）特征的高效电磁波吸收材料，已成为航空航天、国防军工及高端民用电子工业领域迫切需要解决的重要技术问题。从材料物理学和微波电磁学原理来看，理想的吸波材料要实现高效率的微波能量衰减，通常需要同时具备良好的阻抗匹配能力和电磁损耗能力。即材料的输入阻抗（zin）应尽可能接近自由空间波阻抗（z0= 377ω）,其数学表达式通常满足传输线理论公式如公式1所示：

2、公式1，

3、其中，

ε

r为材料的复介电常数，

μ

r为材料的复磁导率，

f为电磁波频率，

d为材料厚度，

c为真空中的光速，在材料内部实现阻抗匹配与多重损耗机制之间的协同，是设计高性能吸波材料的关键。

4、在各类吸波材料中，尖晶石型铁氧体因具有一定的磁响应能力、较好的化学稳定性和相对成熟的制备方法而受到广泛关注。其中，钴铁氧体cofe2o4作为一种典型尖晶石型铁氧体，具有较高的磁晶各向异性、一定的饱和磁化强度以及较好的化学稳定性和耐腐蚀性。现有复合体系通常侧重于某一种结构形式，例如碳网络负载、表面包覆，通过上述复合方式，可以在一定程度上弥补单一铁酸钴材料介电损耗不足、吸收频带受限以及阻抗匹配不理想的问题。如相关技术公开了一种三维碳网络负载铁酸钴纳米颗粒复合吸波剂的制备方法，以钴源、铁源及碳源为原料，通过冻干与煅烧工艺构建三维碳网络结构，并将铁酸钴纳米颗粒负载于碳网络结构中，但是仍存在电磁波衰减能力和阻抗匹配性能不佳的问题。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明的目的在于提供一种铁酸钴复合铁碳吸波材料及其制备方法和应用。本发明提供的铁酸钴复合铁碳吸波材料通过尖晶石型cofe2o4相（铁酸钴相）、铁基磁性相和碳基体之间的协同作用，提高材料的电磁波衰减能力和阻抗匹配性能。

2、为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

3、本发明提供了一种铁酸钴复合铁碳吸波材料，包括尖晶石型cofe2o4相、铁基磁性相和碳基体，所述铁基磁性相包括fe、fe3o4和fe3c中的一种或多种，所述铁基磁性相和碳基体之间存在相间接触区域。

4、优选地，所述碳基体包括无定形碳和/或部分石墨化碳。

5、优选地，所述碳基体填充于所述尖晶石型cofe2o4相和铁基磁性相的颗粒间隙中或者位于所述铁酸钴复合铁碳吸波材料的颗粒表面。

6、优选地，所述尖晶石型cofe2o4相、铁基磁性相和碳基体的质量比为0.469:0.107:(0.036~0.108)。

7、本发明还提供了上述技术方案所述的铁酸钴复合铁碳吸波材料的制备方法，包括以下步骤：

8、将第一可溶性三价铁源、钴源和溶剂混合后，调至ph值至13~14，得到第一体系；

9、将所述第一体系、有机碳源和第二铁源混合，得到第二体系；

10、将所述第二体系进行溶剂热反应，得到前驱体；

11、将所述前驱体煅烧，得到所述铁酸钴复合铁碳吸波材料，所述煅烧在还原性气氛中进行。

12、优选地，所述第二铁源包括铁盐、铁氧化物和铁粉中的一种或多种。

13、优选地，所述溶剂热反应的温度为120~220℃，时间为6~24h。

14、优选地，所述煅烧的温度为500~800℃，保温时间为1~4h，升温至所述煅烧的温度的升温速率为2~10℃/min。

15、优选地，所述还原性气氛为h2-ar混合气体，所述h2-ar混合气体中氢气的含量为5vol%。

16、本发明还提供了上述技术方案所述的铁酸钴复合铁碳吸波材料或上述技术方案所述的制备方法制得的铁酸钴复合铁碳吸波材料在电磁波吸收、电磁屏蔽、雷达隐身、电子器件抗电磁干扰和吸波涂层中的应用。

17、本发明提供了一种铁酸钴复合铁碳吸波材料，包括尖晶石型cofe2o4相、铁基磁性相和碳基体，所述铁基磁性相包括fe、fe3o4和fe3c中的一种或多种，所述铁基磁性相和碳基体之间存在相间接触区域。

18、与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

19、本发明构建了铁酸钴相、铁基磁性相和碳基体组成的多相复合结构，使材料同时具备磁损耗、导电损耗和界面极化损耗，有利于增强电磁波衰减能力。

20、进一步的，本发明通过控制尖晶石型cofe2o4相、铁基磁性相和碳基体的质量比，从而调节复合材料的介电响应和导电损耗，改善材料的阻抗匹配性能，使入射电磁波更容易进入材料内部并被有效损耗。

21、本发明还提供了上述技术方案所述的铁酸钴复合铁碳吸波材料的制备方法，本发明采用溶剂热反应结合煅烧的方法，制备工艺简单，煅烧温度可调，有利于调控铁基磁性相、碳基体结构及电磁参数。

22、实施例的数据表明，本发明所得铁酸钴复合铁碳吸波材料在匹配厚度为1.6mm时，最小反射损耗达-57db，有效吸收带宽达5.2ghz，表现出良好的电磁波吸收性能。

1.一种铁酸钴复合铁碳吸波材料，其特征在于，包括尖晶石型cofe2o4相、铁基磁性相和碳基体，所述铁基磁性相包括fe、fe3o4和fe3c中的一种或多种，所述铁基磁性相和碳基体之间存在相间接触区域。

2.根据权利要求1所述的铁酸钴复合铁碳吸波材料，其特征在于，所述碳基体包括无定形碳和/或部分石墨化碳。

3.根据权利要求1或2所述的铁酸钴复合铁碳吸波材料，其特征在于，所述碳基体填充于所述尖晶石型cofe2o4相和铁基磁性相的颗粒间隙中或者位于所述铁酸钴复合铁碳吸波材料的颗粒表面。

4.根据权利要求1~3任一项所述的铁酸钴复合铁碳吸波材料，其特征在于，所述尖晶石型cofe2o4相、铁基磁性相和碳基体的质量比为0.469:0.107:(0.036~0.108)。

5.权利要求1~4任一项所述的铁酸钴复合铁碳吸波材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述第二铁源包括铁盐、铁氧化物和铁粉中的一种或多种。

7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述溶剂热反应的温度为120~220℃，时间为6~24h。

8.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述煅烧的温度为500~800℃，保温时间为1~4h，升温至所述煅烧的温度的升温速率为2~10℃/min。

9.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述还原性气氛为h2-ar混合气体，所述h2-ar混合气体中氢气的含量为5vol%。

10.权利要求1~4任一项所述的铁酸钴复合铁碳吸波材料或权利要求5~9所述的制备方法制得的铁酸钴复合铁碳吸波材料在电磁波吸收、电磁屏蔽、雷达隐身、电子器件抗电磁干扰和吸波涂层中的应用。