一种三明治结构的碳/磁电磁波吸收材料及其制备方法与流程

1.本发明属于电磁材料技术领域，具体涉及一种三明治结构的碳/磁电磁波吸收材料及其制备方法。


背景技术：

2.随着电子、电气技术的迅速发展，电磁能利用范围不断扩大，随之而来的就是电磁辐射污染。电磁污染问题已成为继废水、废气、固体废弃物和噪音之后的第5大公害，有关报道表明本世纪电磁污染将取代噪声污染而成为主要的5大物理污染之一。目前，利用电磁波吸收材料来减弱或消除电磁波污染是一种有效的方法。
3.目前市场上普遍使用铁氧体或者碳材料作为电磁波吸收材料。四氧化三铁、羰基铁以及磁性电磁波吸收材料质量重，所制备的材料厚重，限制了其应用的范围。另一方面，碳基电磁波吸收材料具有重量轻、频率范围可调、与基体的有机/无机相界面相容性好的优点。石墨粉、炭黑、碳纳米管、短切碳纤维和活性碳纤维作为碳基电磁波防护功能填料均已有研究报道。但是，碳材料决定其吸波特性的主要因素是电阻，但是其电导率较高，容易反射电磁波，影响吸收效率。为此，许多研究者在碳材料上负载磁性粒子，包括石墨粉镀镍、碳纳米管镀镍、以及负载纳米铁氧体粒子等方式来提高材料的电磁波吸收性能，另外也有通过涂覆一层介电损耗材料、一层磁损耗材料等方式也改善电磁波吸收材料。专利cn109936974b、cn110028931a提出了制备三明治结构的电磁波吸收材料的方法，但是在制备工艺上还存在着一定的缺陷，不是明显的多层结构，而是混杂材料，不能自由的进行层数的控制，从而不能自主调控电磁波吸收性能。


技术实现要素：

4.为了克服现有技术中电磁波吸收材料产品质量重、成型困难、电磁波损耗机制单一等问题，本发明制备了一种三明治结构的碳/磁电磁波吸收材料，通过原位杂化方式形成碳层、磁层等多层结构的微米片状颗粒，可以针对电磁波进行有效的吸收，具有非常广阔的应用前景。
5.为实现上述目的，本发明提供的技术方案：一种三明治结构的碳/磁电磁波吸收材料，所述三明治结构碳/磁电磁波吸收材料，其内层为四氧化三铁，中间层为碳层，最外层为纳米四氧化三铁颗粒。
6.优选的，以内层为四氧化三铁、中间层为碳层、外层为纳米四氧化三铁颗粒为一组合层，所述三明治结构碳/磁电磁波吸收材料具有至少2个组合层。
7.作为本发明的另一方面，本发明提供一种三明治结构碳/磁电磁波吸收材料的制备方法，其包括以下步骤，（1）将铁盐溶解到二乙二醇中，制备质量分数为8%
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10%金属盐溶液s1；（2）向所述s1溶液中加入缓冲剂，搅拌溶解后静置5分钟，制备溶液s2；（3）将所述s2溶液转移至高压釜中，通入保护气体，在200℃下保持8小时，每隔30min进行震动1次来防止颗粒的团聚，然后取出用去离子水洗净烘干，得到片状四氧化三铁；（4）配置1
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2g/l的盐酸多
巴胺并调节ph至8.5，制备溶液s3；（5）将步骤（3）制备的片状四氧化三铁放入溶液s3中，所述片状四氧化三铁的质量分数为9%
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11%，然后在30℃水浴中震荡反应10
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24小时，得到包覆聚多巴胺的片状材料；（6）将包覆聚多巴胺的片状材料置入450
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600℃氮气气氛中碳化处理1小时得到材料s4；（7）将每10g 材料s4加入到100ml蒸馏水中，然后加入摩尔比为2:1的氯化铁和氯化亚铁共混物5g搅拌溶解后逐渐滴入8ml氨水，在50℃水浴中反应1小时，洗净即可。
8.优选的，所述铁盐选自硫酸铁、氯化铁。
9.优选的，所述三明治结构碳/磁电磁波吸收材料，其内层为四氧化三铁，中间层为碳层，外层为纳米四氧化三铁颗粒。
10.优选的，重复步骤（4）
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（7），可制备多层的电磁波吸收材料。
11.本发明的有益效果如下：本发明以四氧化三铁和炭交叉杂化成型制备的三明治结构的片状碳/磁电磁波吸收材料可以明显的改善材料的电磁波吸收性能，兼具介电损耗和磁损耗性能，而且质量轻，可以作为电磁波吸收剂与纺织品、高分子粘合剂等复合制备轻质且柔软的电磁波吸收复合材料，具有非常广阔的应用前景。
附图说明
12.图1为本发明制备的三明治结构的碳
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磁电磁波吸收材料的sem图片；图2为本发明实施例1制得的三明治结构的碳
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磁电磁波吸收材料电磁波吸收性能图；图3为本发明实施例2制得的三明治结构的碳
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磁电磁波吸收材料电磁波吸收性能图；图4为本发明实施例3制得的三明治结构的碳
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磁电磁波吸收材料电磁波吸收性能图。
具体实施方式
13.下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
14.实施例1：（1）将2g无水氯化铁溶解到20ml二乙二醇中，制备金属盐溶液；（2）将2g柠檬酸
‑
柠檬酸钠缓冲剂（ph=10）加入到步骤1溶液中，搅拌溶解后静置5分钟，制备溶液;（3）将步骤2制备的溶液转移至内衬为特氟龙的不锈钢高压釜中，在200℃下保持8小时，在反应过程中通入氮气保护四氧化三铁不被氧化，同时每隔30min进行震动1次来防止颗粒的团聚；然后取出用去离子水洗净烘干，得到片状四氧化三铁；（4）配置1g/l的盐酸多巴胺，利用柠檬酸
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柠檬酸钠缓冲剂将溶液ph调节至8.5；（5）将5g 片状四氧化三铁放入50ml的步骤4制备的溶液中，然后在30℃水浴中震荡反应10小时，得到包覆聚多巴胺的片状材料，聚多巴胺厚度为5nm；（6）将步骤5制备的材料置入450℃氮气气氛中碳化处理1小时，然后取出;（7）将10g 步骤6制备的材料加入到100ml蒸馏水中，然后加入摩尔比为2:1的氯化
铁和氯化亚铁共混物5g，搅拌溶解后逐渐滴入8ml氨水，在50℃水浴中反应1小时，然后洗净备用；（8）所制备的材料为四氧化三铁为内层，中间层为碳层，最外层为纳米四氧化三铁颗粒，电导率为0.2 s/cm，特殊的三明治结构具有一定的电磁波吸收性能，如下图2所示。
15.实施例2：（1）将10g无水氯化铁溶解到80ml二乙二醇中，制备金属盐溶液；（2）将5g柠檬酸
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柠檬酸钠缓冲剂（ph=10）加入到步骤1溶液中，搅拌溶解后静置5分钟，制备溶液;（3）将步骤2制备的溶液转移至内衬为特氟龙的不锈钢高压釜中，在200℃下保持8小时，在反应过程中通入氮气保护四氧化三铁不被氧化，同时每隔30min进行震动1次来防止颗粒的团聚；然后取出用去离子水洗净烘干，得到片状四氧化三铁；（4）配置2g/l的盐酸多巴胺，利用柠檬酸
‑
柠檬酸钠缓冲剂将溶液ph调节至8.5；（5）将10g 片状四氧化三铁放入80ml的步骤4制备的溶液中，然后在30℃水浴中震荡反应24小时，得到包覆聚多巴胺的片状材料，聚多巴胺厚度为10nm；（6）将步骤5制备的材料置入600℃氮气气氛中碳化处理1小时，然后取出;（7）将10g 步骤6制备的材料加入到100ml蒸馏水中，然后加入摩尔比为2:1的氯化铁和氯化亚铁共混物5g，搅拌溶解后逐渐滴入8ml氨水，在50℃水浴中反应1小时，然后洗净备用；（8）所制备的材料为四氧化三铁为内层，中间层为碳层，最外层为纳米四氧化三铁颗粒，电导率为0.8 s/cm，特殊的三明治结构具有很好的电磁波吸收性能，控制好多巴胺的碳化温度，可以有效的提高材料的电磁波吸收性能，如下图3所示。
16.实施例3：（1）将10g无水氯化铁溶解到80ml二乙二醇中，制备金属盐溶液；（2）将柠檬酸
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柠檬酸钠5g缓冲剂（ph=10）加入到步骤1溶液中，搅拌溶解后静置5分钟，制备溶液;（3）将步骤2制备的溶液转移至内衬为特氟龙的不锈钢高压釜中，在200℃下保持8小时，在反应过程中通入氮气保护四氧化三铁不被氧化，同时每隔30min进行震动1次来防止颗粒的团聚；然后取出用去离子水洗净烘干，得到片状四氧化三铁；（4）配置2g/l的盐酸多巴胺，利用柠檬酸
‑
柠檬酸钠缓冲剂将溶液ph调节至8.5；（5）将10g 片状四氧化三铁放入80ml的步骤4制备的溶液中，然后在30℃水浴中震荡反应24小时，得到包覆聚多巴胺的片状材料，聚多巴胺厚度为10nm；（6）将步骤5制备的材料置入600℃氮气气氛中碳化处理1小时，然后取出;（7）将10g 步骤6制备的材料加入到100ml蒸馏水中，然后加入摩尔比为2:1的氯化铁和氯化亚铁共混物5g，搅拌溶解后逐渐滴入8ml氨水，在50℃水浴中反应1小时，然后洗净备用；（8）重复4
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7步骤1次，再次进行聚多巴胺的包覆、碳化及最外层四氧化三铁的负载；（9）所制备的材料为四氧化三铁为内层，外面为碳层、纳米四氧化三铁颗粒层交替负载，电导率为0.85 s/cm，多层的特殊三明治结构具有优异的电磁波吸收性能，我们发现
材料的电磁波吸收性能变强，最低损耗达到了
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19db，在2
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18ghz波段范围有效损耗（＜
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10db）的频宽达到了12ghz，如下图4所示。
17.本发明所涉及的包覆、碳化等制备工艺，通过在片状四氧化三铁表面进行原位生成碳层，所生产的产品结构更加稳定,通过碳化温度来控制多巴胺的碳化率，同时可以通过制备工艺进行层数的控制，以便达到不同电磁波频段下最大吸收性能。相比于其他技术进行多种材料的共混及杂化，其制备的各种材料分散规律不定，稳定性不佳，而本专利是一层一层的进行负载，每层的厚度可控，制备出的材料性能稳定。碳层对材料性能影响较大，本专利利用多巴胺包覆及碳化技术进行不同导电率碳层的制备，来控制材料整体的电磁波阻抗匹配及协同电磁波损耗。
18.以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。