本發(fā)明涉及化合物合成及制備技術領域，具體的說，一種三明治結構型——三氧化二鐵/二氧化鈦/三氧化二鐵中空復合吸波材料及其制備方法。
背景技術：
目前，大量的電子器件在給人們的生活帶來諸多便利，但是，與此同時也產生了過量的電磁輻射，而這些電磁輻射會對人們的身體健康造成危害。所以，現(xiàn)在有科學家和研究人員在研究高性能的吸波材料來減少這些電磁輻射的危害。此外，吸波材料也是飛機隱身技術的重要部分，因此，對吸波材料的開發(fā)也是軍事裝備領域的一大熱點。
按照材料對電磁波的損耗機理，吸波材料可分為電損耗型和磁損耗型兩類。所謂電損耗型的材料主要通過與電場的相互作用以及電子極化、界面極化等效應來吸收電磁波，例如石墨烯、碳納米管、鈦酸鋇、二氧化鈦等材料。所謂磁損耗型材料主要通過磁滯損耗、疇壁共振損耗、渦流損耗來吸收電磁波，如羰基鐵、鐵氧體等材料。
除了吸波材料外，人們還在研究吸波劑；研究吸波劑與吸波材料的共用。目前看來，單一組分的吸波劑很難滿足現(xiàn)代吸波材料的多種要求，而納米復合吸波劑與多種吸波材料的結合能產生優(yōu)異性能，大大增強吸波效果。而這些技術還在人們的積極研究之中。
技術實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于解決上述問題，提供一種三明治結構型——三氧化二鐵/二氧化鈦/三氧化二鐵中空復合吸波材料，它通過復合二氧化鈦與三氧化二鐵納米粒子，能有效地結合二氧化鈦產生的介電損耗與三氧化二鐵產生的磁損耗，提升材料的阻抗匹配，同時，空心球殼結構能使入射的電磁波在空腔內部形成多次反射，進一步加強材料的吸波能力，使復合材料的吸波效果大大增強；本發(fā)明的第二個目的是，提供所述三明治結構型中空復合吸波材料的制備方法。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取了以下技術方案。
一種三明治結構型中空復合吸波材料，其特征在于，由兩層三氧化二鐵之間夾一層二氧化鈦構成，成為三氧化二鐵/二氧化鈦/三氧化二鐵的夾層結構；所述三明治結構的最外層為納米級的γ型三氧化二鐵層；所述三明治結構的中間層為納米級的銳鈦礦型二氧化鈦層；所述三明治結構的最內層為納米級的γ型三氧化二鐵層。
為實現(xiàn)上述第二目的，本發(fā)明采取了以下技術方案。
一種三明治結構型中空復合吸波材料的制備方法，所述三明治結構型是指兩層三氧化二鐵之間夾一層二氧化鈦，其特征在于，包括以下步驟：
（1）制備聚苯乙烯微球
①將聚乙烯吡咯烷酮、去離子水和無水乙醇按質量比1:3～5:15～25混合，然后將它們攪拌均勻；
②將偶氮二異丁腈和苯乙烯按質量比1:15～20加入到步驟①的溶液中，25℃室溫下通N2攪拌30分鐘，之后加熱至70℃反應1.5小時；
③再將甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨、苯乙烯和乙醇按質量比1:15～20:70～80加入到步驟②的溶液中，反應24小時，冷卻至25℃室溫；
④離心分離，用無水乙醇洗滌，25℃室溫下干燥，得到聚苯乙烯微球；
（2）制備聚苯乙烯與二氧化鈦復合粒子
①將步驟（1）得到的聚苯乙烯微球、氨水和無水乙醇按質量比1:1～2:150～160混合，攪拌1小時；
②逐滴加入鈦酸四丁酯溶液，25℃室溫下反應24小時；
③將產物離心，用無水乙醇洗滌，25℃室溫下干燥，得到聚苯乙烯與二氧化鈦復合粒子；
（3）制備空心二氧化鈦球
將步驟（2）得到的聚苯乙烯與二氧化鈦復合粒子置放于管式爐中，在500℃、空氣條件下去除聚苯乙烯，然后冷卻至室溫，得到銳鈦礦型的空心二氧化鈦球；
（4）制備三明治結構型三氧化二鐵/二氧化鈦/三氧化二鐵中空復合吸波材料
①將步驟（3）得到的空心二氧化鈦球和無水乙醇按質量比1:150～160混合，然后加入適量的九水合硝酸鐵和尿素，攪拌過夜；
②將攪拌過夜后的溶液升溫至80℃，反應3小時；
③將反應產物離心，用無水乙醇洗滌，25℃室溫下干燥；
④將干燥物放置于管式爐中，在300℃、空氣條件下煅燒，形成γ型三氧化二鐵，最終得到三明治結構型——三氧化二鐵/二氧化鈦/三氧化二鐵中空復合吸波材料。
進一步，步驟（1）②所述的偶氮二異丁腈和苯乙烯，使用前須經過純化處理。
進一步，步驟（2）①所述氨水的質量分數為28%；步驟（2）②所述的鈦酸四丁酯溶液與步驟（2）①所述的聚苯乙烯微球的質量比為2～4:1。
進一步，步驟（3）所述的“在500℃、空氣條件下”為：以每分鐘1℃的升溫速率升溫至500℃，然后在500℃溫度時保持2小時。
進一步，步驟（4）所述的加入適量的九水合硝酸鐵和尿素的控制標準為：將步驟（3）得到的空心二氧化鈦球與所述九水合硝酸鐵按摩爾比1:1或1:2配制，所述九水合硝酸鐵與尿素的質量比為2:1。
進一步，步驟（4）所述的煅燒為：以每分鐘1℃的升溫速率升溫至300℃，然后在300℃溫度時保持2小時。
本發(fā)明的積極效果是：
1、利用聚苯乙烯微球為模板，形成空腔結構，能有效降低材料的密度，同時，能對入射的電磁波進行多次反射，達到強化吸收的目的。
2、通過水解前驅體法，制備中間層為銳鈦礦型二氧化鈦，內外兩層為γ型三氧化二鐵的三明治型夾層結構，一方面能增強材料的磁導率，有效提升材料的阻抗匹配；另一方面能引入介電損耗和磁損耗，有效提高材料整體的吸波性能。
3、本發(fā)明在防電磁輻射危害的民用產品開發(fā)，在軍事裝備領域的隱身技術研究中具有積極的作用。
具體實施方式
以下提供本發(fā)明一種三明治結構型中空復合吸波材料及其制備方法的具體實施方式，提供2個實施例。但是應該指出，本發(fā)明的實施不限于以下的實施方式。
實施例1
一種三明治結構型中空復合吸波材料的制備方法，包括以下步驟：
（1）制備聚苯乙烯微球
①向反應容器中依次加入1.5克聚乙烯吡咯烷酮、5毫升去離子水和28.5毫升無水乙醇，然后將它們攪拌均勻。
②依次加入經過純化處理的0.3克偶氮二異丁腈和經過純化處理的5.64毫升苯乙烯，25℃室溫下通N2攪拌30分鐘，之后加熱至70℃反應1.5小時。
③再在步驟②的溶液中依次加入經過純化處理的5.64毫升苯乙烯、28.5毫升乙醇和0.36毫升甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨，反應24小時，冷卻至25℃室溫。
④離心分離，用無水乙醇洗滌，25℃室溫下干燥，得到聚苯乙烯微球。
（2）制備聚苯乙烯與二氧化鈦復合粒子
①將0.5克步驟（1）得到的聚苯乙烯微球超聲分散于100毫升無水乙醇中，再加入1毫升質量分數為28%的氨水，攪拌1小時。
②逐滴加入1.5克鈦酸四丁酯溶液，25℃室溫下反應24小時。
③將產物離心，用無水乙醇洗滌，25℃室溫下干燥，得到聚苯乙烯與二氧化鈦復合粒子。
（3）制備空心二氧化鈦球
將步驟（2）得到的聚苯乙烯與二氧化鈦復合粒子放置于管式爐中，在空氣條件下以每分鐘1℃的升溫速率升溫至500℃，然后在500℃溫度時保持2小時，去除聚苯乙烯后冷卻至室溫，得到銳鈦礦型的空心二氧化鈦球。
（4）制備三明治結構型三氧化二鐵/二氧化鈦/三氧化二鐵中空復合吸波材料
①將0.5克步驟（3）得到的銳鈦礦型的空心二氧化鈦球超聲分散于100毫升無水乙醇中，然后加入5克九水合硝酸鐵和2.5克尿素，攪拌過夜。
②將攪拌過夜后的溶液升溫至80℃，反應3小時。
③將反應產物離心，用無水乙醇洗滌，25℃室溫下干燥。
④將干燥產物放置于管式爐中，在空氣條件下煅燒：以每分鐘1℃的升溫速率升溫至300℃，然后在300℃溫度時保持2小時，形成γ型三氧化二鐵，最終得到二氧化鈦與三氧化二鐵摩爾比為1:1的三明治結構型三氧化二鐵/二氧化鈦/三氧化二鐵中空復合吸波材料。
實施例1制備的三明治結構型中空復合吸波材料的結構形態(tài)為兩層三氧化二鐵之間夾一層二氧化鈦：最外層為納米級γ型三氧化二鐵層；中間層為納米級銳鈦礦型二氧化鈦層；最內層為納米級γ型三氧化二鐵層。
對實施例1制備的三明治結構型中空復合吸波材料的測試結果為：
經同軸線傳輸反射法測試，實施例1制備的三明治結構型中空復合材料的吸波性能優(yōu)異，在2-18GHz內的反射損耗達到了-49dB，該性能的吸波材料能在民用防輻射材料的研制和軍用隱身裝備的開發(fā)中具有巨大的應用價值。
實施例2
一種三明治結構型中空復合吸波材料的制備方法，包括以下步驟：
（1）制備聚苯乙烯微球（同實施例1）。
（2）制備聚苯乙烯與二氧化鈦復合粒子（同實施例1）。
（3）制備空心二氧化鈦球（同實施例1）。
（4）制備三明治結構型三氧化二鐵/二氧化鈦/三氧化二鐵中空復合吸波材料
基本同實施例1。但與實施例1有不同的是：九水合硝酸鐵的加入量為10克，尿素的加入量為5克；最終得到二氧化鈦與三氧化二鐵摩爾比為1:2的三明治結構型三氧化二鐵/二氧化鈦/三氧化二鐵中空復合吸波材料。
實施例2制備的三明治結構型中空復合吸波材料的結構形態(tài)為兩層三氧化二鐵之間夾一層二氧化鈦：最外層為納米級γ型三氧化二鐵層；中間層為納米級銳鈦礦型二氧化鈦層；最內層為納米級γ型三氧化二鐵層。
對實施例2制備的三明治結構型中空復合吸波材料的測試結果為：
經同軸線傳輸反射法測試，實施例2制備的三明治結構型中空復合材料的吸波性能優(yōu)異，在2-18GHz內的反射損耗達到了-51dB，該性能的吸波材料能在民用防輻射材料的研制和軍用隱身裝備的開發(fā)中具有巨大的應用價值。
以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應當指出，對于本技術領域的普通技術人員而言，在不脫離本發(fā)明制備方法的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應該視為本發(fā)明的保護范圍。