一種具有雙殼層微觀結(jié)構(gòu)的納米顆粒復(fù)合物及其應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于電磁吸波領(lǐng)域，特別提供一種具有雙殼層微觀結(jié)構(gòu)的納米顆粒復(fù)合物及其吸收微波的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]微波吸收材料的作用是吸收入射到材料中微波，將微波電磁能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，從而減少微波反射截面。這類材料已被廣泛應(yīng)用于電磁污染屏蔽和隱身技術(shù)等軍事、民用領(lǐng)域。目前使用較為普遍的雷達(dá)波吸收材料，根據(jù)電磁損耗機(jī)理可以分為電損耗、磁損耗兩種。按照應(yīng)用方式的不同，可以分為涂覆型吸波材料、結(jié)構(gòu)型復(fù)合吸波材料、披掛遮障式隱身材料等。其中，涂覆型吸波材料具有施工方便、材料成本相對(duì)較低、適合于各種復(fù)雜形狀表面的涂覆等諸多優(yōu)點(diǎn)，更不會(huì)影響已定型裝備的外形結(jié)構(gòu)和使用功能，已成為武器裝備隱身材料的首選。傳統(tǒng)吸收劑種類較多，有石墨粉、導(dǎo)電高分子聚合物、碳化硅纖維、導(dǎo)電金屬纖維、磁性粉體等。碳化硅等陶瓷材料主要用于高溫吸收劑。導(dǎo)電聚合物吸收頻帶窄，與其相匹配的粘合劑較少。磁性粉體包括鐵氧體與磁性金屬粉，鐵磁共振使其具有較大的磁損耗角。鐵氧體盡管有較高磁導(dǎo)率，但存在理論面密度大、涂層較厚等缺點(diǎn)。磁性金屬微粉吸收劑具有溫度穩(wěn)定性能好、磁導(dǎo)率較高、居里溫度較高等優(yōu)點(diǎn)，是新一代吸收劑的主要發(fā)展方向。將介電材料與磁性納米粒子結(jié)合在一起，可以達(dá)到拓寬頻帶的目的，使電磁參數(shù)趨近最佳匹配，減少反射，增加吸收。如:發(fā)明專利申請(qǐng)200910011350.7公開了一種碳包鐵鈷納米吸波材料的制備方法。它利用等離子體電弧法制備了碳?xì)幼魍鈿?，鐵鈷合金作為內(nèi)核的納米膠囊，其吸波性能優(yōu)于多數(shù)的鐵氧體。發(fā)明專利申請(qǐng)201310261578.8公開了一種使用多孔性鎳酸鑭粉末制備介電/鐵磁吸收微波復(fù)合材料的方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是提供一種采用雙殼層微觀結(jié)構(gòu)的納米顆粒復(fù)合物及其吸收微波的方法，以解決單一種類吸波材料吸收頻段窄的不足。
[0004]本發(fā)明具體提供了一種具有雙殼層微觀結(jié)構(gòu)的納米顆粒復(fù)合物，其特征在于:所述復(fù)合物具有雙殼層微觀結(jié)構(gòu)，夕卜部殼層由介電氧化物組成，內(nèi)部殼層為碳，內(nèi)核由鐵磁性材料組成，優(yōu)選鐵磁性納米顆粒，如鐵鈷合金納米顆粒。
[0005]本發(fā)明所述具有雙殼層微觀結(jié)構(gòu)的納米顆粒復(fù)合物，其特征在于:所述外部殼層介電氧化物是鈦酸鋇，氧化鋁，氧化鋅，氧化鈦，氧化鎳，氧化鈷，或鐵氧體氧化物。所述由介電氧化物組成的外部殼層可以調(diào)節(jié)納米復(fù)合物的電磁參數(shù)。
[0006]本發(fā)明所述具有雙殼層微觀結(jié)構(gòu)的納米顆粒復(fù)合物，其特征在于:所述外殼層介電氧化物的質(zhì)量百分含量為復(fù)合材料總量的20-80wt.%，磁性碳納米膠囊的質(zhì)量百分含量為復(fù)合材料總量的80-20wt.%。
[0007]本發(fā)明設(shè)計(jì)的新型具有雙殼層微觀結(jié)構(gòu)的納米顆粒復(fù)合吸波材料，其優(yōu)點(diǎn)是能夠通過介電氧化物殼-碳?xì)?磁性金屬顆粒核的結(jié)構(gòu)變化產(chǎn)生平緩的阻抗?jié)u變，使電磁波最大限度入射到材料內(nèi)部，降低電磁波反射；同時(shí)發(fā)揮這類復(fù)合材料擁有的電阻損耗、介電損耗、磁損耗特性，以及雙殼層微觀結(jié)構(gòu)中豐富的界面極化，使進(jìn)入材料內(nèi)部的電磁波迅速衰減掉。
[0008]本發(fā)明還提供了所述具有雙殼層微觀結(jié)構(gòu)的納米顆粒復(fù)合物的制備方法，其特征在于:碳包裹鐵磁性材料內(nèi)核形成磁性碳納米膠囊，通過溶膠凝膠法將介電氧化物凝膠包裹到磁性金屬碳納米膠囊的碳層表面，通過熱處理，使介電氧化物晶化，得到具有雙殼層微觀結(jié)構(gòu)的納米顆粒復(fù)合物。
[0009]本發(fā)明所述具有雙殼層微觀結(jié)構(gòu)的納米顆粒復(fù)合物的具體制備步驟如下:
[0010](I)采用溶膠凝膠法制得介電氧化物凝膠；
[0011](2)將磁性碳納米膠囊分散在正己烷中，形成磁性碳納米膠囊-正己烷懸浮液；
[0012](3)制備含有正己烷、水、乙醇和聚乙烯吡咯烷酮的水溶液；
[0013](4)將磁性碳納米膠囊-正己烷懸浮液與水溶液混合，通過超聲方法制備Ο/V型微乳液(O:油，w:水)，其中聚乙烯吡咯烷酮為乳化劑。
[0014](5)將介電氧化物凝膠加到o/w型微乳液中，通過超聲振蕩形成均勻分散磁性碳納米膠囊-介電氧化物溶膠的前驅(qū)體溶液；
[0015](6)將磁性碳納米膠囊-介電氧化物溶膠的前驅(qū)體溶液在空氣中干燥，得到干燥的復(fù)合物粉末。再用去離子水洗復(fù)合物粉末，去掉其中的聚乙烯吡咯烷酮，干燥后得到介電氧化物前驅(qū)體干膠包裹的磁性碳納米膠囊復(fù)合物。
[0016](7)將介電氧化物前驅(qū)體干膠包裹的磁性碳納米膠囊復(fù)合物置于真空中，經(jīng)熱處理得到所述的雙殼層包裹納米顆粒復(fù)合物微波吸收材料。
[0017]本發(fā)明還提供了所述具有雙殼層微觀結(jié)構(gòu)的納米顆粒復(fù)合物作為復(fù)合微波吸收材料的應(yīng)用。所述復(fù)合材料可以以30wt%? 50wt%質(zhì)量百分比的添加量加入到基體物質(zhì)中制成吸波涂層，該吸波涂層對(duì)1-1SGHz范圍的電磁波有吸收作用。
[0018]如上所述的吸波涂層，其測量所采用的基體物質(zhì)為石蠟。
[0019]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn):本發(fā)明通過采用介電氧化物包裹到磁性碳納米膠囊碳?xì)颖砻?，形成具有雙殼層微觀結(jié)構(gòu)的微波吸收材料的方法未見報(bào)導(dǎo)。本發(fā)明克服了極性介電氧化物凝膠前驅(qū)體包覆到磁性納米膠囊非極性碳?xì)颖砻娴睦щy。本發(fā)明制備的納米復(fù)合微波吸收材料，具有密度小，吸收頻段寬和吸收強(qiáng)度大的優(yōu)點(diǎn)，在電磁屏蔽、電流變體、功能涂料等方面具有廣闊的應(yīng)用前景。
【附圖說明】
[0020]圖1本發(fā)明制得的鈦酸鋇(BaT13)氧化物包裹磁性碳包鐵鈷納米膠囊(FeCo/C)復(fù)合吸波材料的X射線衍射圖；
[0021]圖2為本發(fā)明制得的鈦酸鋇(BaT13)氧化物包裹磁性碳包鐵鈷納米膠囊(FeCo/C)復(fù)合吸波材料的透射電鏡照片；
[0022]圖3為本發(fā)明制得的鈦酸鋇(BaT13)氧化物包裹磁性碳包鐵鈷納米膠囊(FeCo/C)復(fù)合吸波材料的高分辨透射電鏡照片；
[0023]圖4為本發(fā)明制得的鈦酸鋇氧化物包裹磁性碳包鐵鈷納米膠囊復(fù)合材料(鈦酸鋇:碳包鐵鈷納米膠囊=20:80)的復(fù)介電系數(shù)隨頻率變化曲線(ε ’為復(fù)介電系數(shù)的實(shí)部，ε 〃為復(fù)介電系數(shù)的虛部)
[0024]圖5為本發(fā)明制得的鈦酸鋇氧化物包裹磁性碳包鐵鈷納米膠囊復(fù)合材料(鈦酸鋇:碳包鐵鈷納米膠囊=20:80)的復(fù)磁導(dǎo)率數(shù)隨頻率變化曲線(μ ’為復(fù)磁導(dǎo)率的實(shí)部，μ 〃為復(fù)磁導(dǎo)率的虛部);
[0025]圖6為本發(fā)明制得的鈦酸鋇氧化物包裹磁性碳包鐵鈷納米膠囊復(fù)合材料(鈦酸鋇:碳包鐵鈷納米膠囊=20:80)在吸收層厚度為1.5-7.5毫米，頻率范圍1-18GHZ的反射損耗圖；
[0026]圖7為本發(fā)明制得的鈦酸鋇氧化物包裹磁性碳包鐵鈷納米膠囊復(fù)合材料(鈦酸鋇:碳包鐵鈷納米膠囊=50:50)在吸收層厚度為1.5-7.5毫米，頻率范圍1-18GHZ的反射損耗圖；
[0027]圖8為本發(fā)明制得的鈦酸鋇氧化物包