專利名稱：稀土摻雜鐵氧體-二氧化鈦/聚噻吩微波吸收劑的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種吸收劑的制備方法，尤其涉及一種稀土摻雜鐵氧體-二氧化鈦/ 聚噻吩微波吸收劑的制備方法。
背景技術(shù)：
吸波材料是能吸收投射到它表面的電磁波能量，并通過(guò)材料的損耗轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?的一類材料。從損耗機(jī)理上分類，吸波材料可分為電阻型、電介質(zhì)型和磁介質(zhì)型3大類。在 同樣性能條件下，鐵氧體一般要比電介質(zhì)吸波體薄，吸收效果好、成本低，因而應(yīng)用廣泛、發(fā) 展較快。目前，在諸多種類的吸波材料中，鐵氧體是研究得比較成熟、應(yīng)用比較廣泛的一種 吸波材料，一般是指鐵族的和其他一種或多種適當(dāng)?shù)慕饘僭貜?fù)合而成的氧化物。它在高 頻段具有較高的磁導(dǎo)率，吸收效率高，頻帶寬，制備成本低，具有一定的吸波性能。鐵氧體包 括尖晶石型，石榴石型和磁鉛石型，它們都具有旋磁性，這是吸波材料產(chǎn)生電磁損耗的重要 性能。許多研究表明，3種鐵氧體中以六角晶系磁鉛石型鐵氧體的吸波性能最好，因?yàn)榱?晶系磁鉛石型鐵氧體具有片狀結(jié)構(gòu)，而片狀是吸收微波的最佳形狀。其次六角晶系磁鉛石 型鐵氧體具有較高的磁性備向異性等效場(chǎng)，因而有較高的自然共振頻率。自然共振是鐵氧 體吸收電磁波的主要機(jī)制。所謂自然共振是指鐵氧體在不加外恒磁場(chǎng)的情況下，由入射的 交變磁場(chǎng)和晶體的磁性各向異性等效場(chǎng)Hk共同作用產(chǎn)生的進(jìn)動(dòng)共振。當(dāng)交變磁場(chǎng)的角頻 率ω和晶體的磁性各向異性等效場(chǎng)Hk所決定本征角頻率的ω *k相等時(shí)，鐵氧體吸波材料 將大量吸收電磁波。隨著納米材料的不斷發(fā)展，納米材料的制備方法也越來(lái)越多，為了保證鐵氧體具 有良好的吸波性能。制備納米鐵氧體的方法主要有物理法和化學(xué)法。化學(xué)法主要有溶 膠一凝膠法、化學(xué)共沉淀法、水熱合成法、微乳液法、自蔓延高溫合成法，這些方法與傳統(tǒng)鐵 氧體制備工藝相比具有低能耗、無(wú)環(huán)境污染、高質(zhì)量等優(yōu)點(diǎn)，所生產(chǎn)的鐵氧化體粉料性能穩(wěn) 定、顆粒尺寸分布均勻、可用于制造高性能的鐵氧體元件，具有廣闊的應(yīng)用前景。該M型鋇鐵氧體為磁鉛石型鐵氧體，對(duì)稱性低，具有很高的磁晶各向異性場(chǎng)Ha，利 用其自然共振可獲得較高的復(fù)數(shù)磁導(dǎo)率，同時(shí)可以利用其自然共振吸收峰的重疊展寬吸收 頻帶，同時(shí)通過(guò)與二氧化鈦的復(fù)合，兩者之間存在耦合力，能增強(qiáng)鐵氧體的磁損耗。因此該 摻雜鐵氧體-二氧化鈦具有良好的頻率特性和吸波性能。聚噻吩是一種導(dǎo)電高分子，具有 很強(qiáng)的介電損耗能力，然后通過(guò)與鐵氧體-二氧化鈦復(fù)合，結(jié)合兩者的優(yōu)勢(shì)，則能拓寬吸收 頻帶、提高吸波性能，從而能滿足吸波材料所要求的“薄、輕、寬、強(qiáng)”的目標(biāo)，制備出性能優(yōu) 越的微波吸收材料。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種稀土摻雜鐵氧體-二氧化鈦/聚噻吩微波吸收劑的
3制備方法，現(xiàn)階段制備的鐵氧體微波吸收劑，難以滿足現(xiàn)代吸波材料的要求一頻帶寬、質(zhì)量 輕、吸收強(qiáng)、厚度薄。本發(fā)明針對(duì)上述問(wèn)題，研制了一種復(fù)合型的微波吸收材料，能有效的解 決現(xiàn)階段微波吸收材料面臨的問(wèn)題。本發(fā)明是這樣來(lái)實(shí)現(xiàn)的，主料為硝酸鋇、硝酸鐵、硝酸釹和硝酸鑭，輔料為噻吩單 體、二氧化鈦凝膠、三氯甲烷、檸檬酸和無(wú)水氯化鐵，檸檬酸與硝酸根的摩爾比為2 3，釹的 摩爾摻雜量為0. 01-0. 05，鑭的摩爾摻雜量為0. 01-0. 05，鐵氧體與二氧化鈦的質(zhì)量比為 3:5，鐵氧體-二氧化鈦復(fù)合物與噻吩單體的質(zhì)量比為0. 3:1 ；
其制備過(guò)程如下
A、將硝酸鋇、硝酸鐵、硝酸釹和硝酸鑭溶于蒸餾水中，攪拌至溶解，得到澄清溶液；
B、將計(jì)量比的檸檬酸加入上述溶液中，得到棕紅色溶液，然后緩慢滴加氨水，至溶液的 PH值在7-8，溶液變?yōu)闇\綠色；
C、將淺綠色溶液置于90°C的水浴中，直至溶液中的水分幾乎完全蒸發(fā)，得到粘度為 IOOcp的鐵氧體凝膠，然后與二氧化鈦凝膠按質(zhì)量比4:5混合，攪拌均勻；
D、將混合凝膠自蔓延燃燒，除去其中的檸檬酸，得到黑色的摻雜鐵氧體-二氧化鈦復(fù) 合物前軀體，然后將前軀體在1050°C下煅燒4h后，得到黑色粉末狀的摻雜鐵氧體-二氧化 鈦復(fù)合物；
E、將摻雜鐵氧體-二氧化鈦復(fù)合物與噻吩單體按質(zhì)量比，加入到三氯甲烷溶液中，超 聲波振蕩0. 5h，使它們混合均勻，然后加入無(wú)水氯化鐵，在18°C的水浴中進(jìn)行原位化學(xué)氧 化反應(yīng)，反應(yīng)15h ；
F、反應(yīng)完成后，室溫下將溶劑蒸干，倒入1.5mol/L的HCI溶液，室溫?cái)嚢?2 h，抽 濾，水洗滌，重復(fù)2-3次，直至濾液澄清，將沉淀在60°C下真空干燥Mh，制得稀土摻雜鐵氧 體-二氧化鈦/聚噻吩復(fù)合物。所述鋇與鑭的摩爾比為1 (0. 01-0. 05)，鋇與釹的摩爾比為1:(0. 01-0. 05)，鐵氧 體與二氧化鈦的質(zhì)量比為4 :5，鐵氧體-二氧化鈦復(fù)合物與噻吩單體的質(zhì)量比為0. 3:1。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是本發(fā)明中摻雜稀土元素，能增加鐵氧體晶體的磁晶各向異性場(chǎng)， 提高矯頑力，從而增加在交變電磁場(chǎng)中的磁滯損耗，使晶體的平均晶粒尺寸增大，從而使晶 界電阻率減小，進(jìn)而使晶體整體的電阻率減小，提高了渦流損耗，同時(shí)可以增加疇壁諧振損 耗。同時(shí)，控制摻雜量可以調(diào)節(jié)鐵氧體材料吸收峰的頻率范圍，以達(dá)到預(yù)期的應(yīng)用范圍，并 可以擴(kuò)展吸收頻帶寬度，改善高溫吸波性能。鐵氧體與二氧化鈦復(fù)合，鋇鐵氧體與二氧化鈦 的納米顆粒間存在耦合作用，降低了鋇鐵氧體的各向異性常數(shù)和飽和磁化強(qiáng)度，但各向異 性常數(shù)減小的速度大于飽和磁化強(qiáng)度減小的速度，所以在兩者的作用下，復(fù)磁導(dǎo)率的虛部 反而上升了，提高了鋇鐵氧體磁損耗的能力。鐵氧體與聚噻吩結(jié)合，充分利用聚噻吩優(yōu)異的 介電損耗能力，增強(qiáng)鐵氧體對(duì)微波的電損耗能力，提高其吸波能力。同時(shí)，減少鐵氧體的用 量，降低鐵氧體吸收劑的用量。因此，該復(fù)合材料為一性能優(yōu)越的吸波材料。
具體實(shí)施例方式結(jié)合上述的發(fā)明內(nèi)容提供以下實(shí)施案例。實(shí)施案例1:
步驟1 將定量的硝酸鐵、硝酸鋇、硝酸鑭(摩爾含量為0.01)和硝酸釹(摩爾含量為0.02)加入到去離子水中，攪拌至溶解。加入劑量比的檸檬酸，混合均勻。在90°C的水浴中 加熱，直至形成粘度IOOcp的濕凝膠。步驟2 將濕凝膠與二氧化鈦凝膠按質(zhì)量比4:5混合均勻后，進(jìn)行自蔓延燃燒，得 到黑色粉末，然后在1050°C煅燒4h，得黑色鐵氧體-二氧化鈦復(fù)合物。步驟3 將0. 6g黑色鐵氧體-二氧化鈦復(fù)合物與2g噻吩單體加入到氯仿中，超聲 分散0.證，使鐵氧體-二氧化鈦復(fù)合物均一分散在氯仿中，在18°C條件下，將0. 5mol無(wú)水 FeCl3加入到氯仿溶液的三頸瓶中，攪拌反應(yīng)15 h。反應(yīng)完成后，室溫下將溶劑蒸干，倒入 150 mL 1. 5 mol/L的HCI溶液，室溫?cái)嚢?2 h，抽濾，水洗滌，重復(fù)2_3次，至濾液為無(wú)色， 60°C真空干燥Mh，即制得復(fù)合吸波材料，吸收峰值大于_30dB的頻帶寬度可達(dá)40%，最高吸 收峰值可達(dá)-36dB。
實(shí)施案例2
步驟1 將定量的硝酸鐵、硝酸鋇、硝酸鑭(摩爾含量為0. 02)和硝酸釹(摩爾含量為 0.01)加入到去離子水中，攪拌至溶解。加入劑量比的檸檬酸，混合均勻。在90°C的水浴中 加熱，直至形成粘度IOOcp的濕凝膠。步驟2 將濕凝膠與二氧化鈦凝膠按質(zhì)量比3:5混合均勻后，進(jìn)行自蔓延燃燒，得 到黑色粉末，然后在1050°C煅燒池，得黑色鐵氧體-二氧化鈦復(fù)合物。步驟3 將0. 9黑色鐵氧體-二氧化鈦復(fù)合物與3g噻吩單體加入到氯仿中，超聲 分散0. 5h，使它們均一分散在氯仿中，在18°C條件下，將0. 5mol無(wú)水FeCl3加入到氯仿溶 液的三頸瓶中，攪拌反應(yīng)15 h。反應(yīng)完成后，室溫下將溶劑蒸干，倒入150 mL 1.5 mol/L的 HCI溶液，室溫?cái)嚢?2 h，抽濾，水洗滌，重復(fù)2—3次，至濾液為無(wú)色，60°C真空干燥Mh，即 制得復(fù)合吸波材料，吸收峰值大于_30dB的頻帶寬度可達(dá)50%，最高吸收峰值可達(dá)_40dB。
權(quán)利要求
1.一種稀土摻雜鐵氧體-二氧化鈦/聚噻吩微波吸收劑的制備方法，其特征是主料為 硝酸鋇、硝酸鐵、硝酸釹和硝酸鑭，輔料為噻吩單體、二氧化鈦凝膠、三氯甲烷、檸檬酸和無(wú) 水氯化鐵，其中檸檬酸與硝酸根的摩爾比為2:3，釹的摩爾摻雜量為0.01-0. 05，鑭的摩爾 摻雜量為0. 01-0. 05，鐵氧體與二氧化鈦的質(zhì)量比為3:5，鐵氧體-二氧化鈦復(fù)合物與噻吩 單體的質(zhì)量比為0.3:1 ；其制備過(guò)程如下A、將硝酸鋇、硝酸鐵、硝酸釹和硝酸鑭溶于蒸餾水中，攪拌至溶解，得到澄清溶液；B、將計(jì)量比的檸檬酸加入上述溶液中，得到棕紅色溶液，然后緩慢滴加氨水，至溶液的 PH值在7-8，溶液變?yōu)闇\綠色；C、將淺綠色溶液置于90°C的水浴中，直至溶液中的水分幾乎完全蒸發(fā)，得到粘度為 IOOcp的鐵氧體凝膠，然后與二氧化鈦凝膠按質(zhì)量比4:5混合，攪拌均勻；D、將混合凝膠自蔓延燃燒，除去其中的檸檬酸，得到黑色的摻雜鐵氧體-二氧化鈦復(fù) 合物前軀體，然后將前軀體在1050°C下煅燒4h后，得到黑色粉末狀的摻雜鐵氧體-二氧化 鈦復(fù)合物；E、將摻雜鐵氧體-二氧化鈦復(fù)合物與噻吩單體按質(zhì)量比，加入到三氯甲烷溶液中，超 聲波振蕩0. 5h，使它們混合均勻，然后加入無(wú)水氯化鐵，在18°C的水浴中進(jìn)行原位化學(xué)氧 化反應(yīng)，反應(yīng)15h ；F、反應(yīng)完成后，室溫下將溶劑蒸干，倒入1.5mol/L的HCI溶液，室溫?cái)嚢?2 h，抽 濾，水洗滌，重復(fù)2-3次，直至濾液澄清，將沉淀在60°C下真空干燥Mh，制得稀土摻雜鐵氧 體-二氧化鈦/聚噻吩復(fù)合物。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的稀土摻雜鐵氧體-二氧化鈦/聚噻吩微波吸收劑的制備方 法，其特征是所述鋇與鑭的摩爾比為1 (0. 01-0. 05)，鋇與釹的摩爾比為1: (0. 01-0. 05)， 鐵氧體與二氧化鈦的質(zhì)量比為4:5，鐵氧體-二氧化鈦復(fù)合物與噻吩單體的質(zhì)量比為 0. 3:1。
全文摘要
一種稀土摻雜鐵氧體-二氧化鈦/聚噻吩微波吸收劑的制備方法，其制備過(guò)程如下A、將硝酸鋇、硝酸鐵、硝酸釹和硝酸鑭溶于蒸餾水中；B、將計(jì)量比的檸檬酸加入上述溶液中；C、將淺綠色溶液置于90℃的水浴中；D、將混合凝膠自蔓延燃燒；E、將摻雜鐵氧體二氧化鈦復(fù)合物與噻吩單體按質(zhì)量比；F、反應(yīng)完成后，制得稀土摻雜鐵氧體-二氧化鈦/聚噻吩復(fù)合物。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是本發(fā)明中摻雜稀土元素，能增加鐵氧體晶體的磁晶各向異性場(chǎng)，提高矯頑力，從而增加在交變電磁場(chǎng)中的磁滯損耗，使晶體的平均晶粒尺寸增大，從而使晶界電阻率減小，進(jìn)而使晶體整體的電阻率減小，提高了渦流損耗，同時(shí)可以增加疇壁諧振損耗。
文檔編號(hào)C09K3/00GK102061066SQ20101056879
公開(kāi)日2011年5月18日 申請(qǐng)日期2010年12月2日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月2日
發(fā)明者洪小偉, 謝宇, 魏婭 申請(qǐng)人:南昌航空大學(xué)