[发明专利]磁性复合纳米纤维及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及磁性纳米微粒与高分子复合而成的磁性复合纳米纤维技术领 域，具体涉及磁场辅助无针电纺的技术方法。

背景技术

吸波材料是能吸收、衰减电磁波的一种功能材料。其基本原理是当电磁波 作用于吸波材料时，材料会产生电损耗、磁损耗等将电磁能转换成其他形式的 能量(主要是热能)而耗散掉，或使电磁波因干涉而消失。军事隐身技术利用 吸波材料最大限度地减少或消除雷达、红外等对目标的探测特征；而今，吸波 材料的应用与研究已超出军事应用范围，更广泛地用于微波暗室、电磁屏蔽、 降低光学器件反射、避免通讯设备干扰、建筑防辐、消除电视重影等方面，因 此开展吸波材料的制备及研究，无论是军事还是民用都有深远意义。

良好的吸波材料应具备三个条件：(1)当电磁波传播、入射到吸波材料表面 时，能够最大限度地使电磁波进入到吸波材料内部，以减少电磁波的直接反射， 这就要求在设计材料时，应充分考虑其波阻抗匹配特性。(2)当电磁波一旦进入 材料内部，则要求吸波材料对入射电磁波能产生有效吸收或衰减，即产生电磁 损耗，这就要考虑材料的电磁损耗特性，即衰减特性。(3)满足“薄(厚度)、轻(重 量)、宽(频带)、强(吸收)”的发展方向。对传统单一组元的吸收体，同时满足波 阻抗匹配特性和衰减特性是不可能的，真正的复介电常数虚部ε″等于复磁导 率虚部μ″的材料也难找到，这就使传统吸波材料的应用由于频带窄、效率低、 密度大而受到限制。从发展趋势来看，新型吸波材料既要细化又要复合化，即 纳米复合化，才能调节电磁参数，使之尽可能在匹配条件下，提高吸收损耗能力。

目前，国内外在进一步提高与改进传统吸波材料的同时正致力于多种新材料 的探索，复合纳米吸波材料、空心微珠型吸波材料、导电高分子吸波材料、碳纳 米管吸波材料和智能隐身技术等因能控制材料介电常数和磁导率而逐步应用到 雷达波隐身材料中，从而满足新一代吸波材料“薄、轻、宽、强”的要求。复合 纳米吸波材料因将不同种类的无机纳米相与有机高分子复合可以制成强吸收的 电阻损耗型、介电损耗型、磁损耗型及兼具电磁损耗型吸波材料而成为热点。

复合纳米吸波剂主要包括复合纳米粉体、薄膜及纤维吸波剂^[1]。纳米纤维具 有与粉体、薄膜不同的特点，主要表现为(1)尺寸效应，由于比表面积增大、体 积减少，使反应性和选择性明显提高；(2)超分子排列效应，由于分子规整排列， 可实现自我组织化，从而可显现统一的功能；(3)阶层结构效应，即由于纳米高 分子链水平的纳米阶层结构而出现的新效果。这些效应使得纳米纤维吸波材料 具有重量轻、面密度小、强度高、模量高、频带宽以及耐磨性良好等优点，通 过调节纤维的长度、直径、排列方式、分散剂的含量等相应调节材料的电磁参 数，从而达到调节材料吸波性能。国内外研究表明^[2-4]，纳米纤维吸波剂特别是 纳米磁性纤维吸收剂由于其磁各向异性，在纤维长度方向上有效磁导率可以得到 很大提高，摆脱了球状颗粒对有效磁导率的限制，因此可以在体积含量较低情 况下获得较高的磁导率，有利于减轻重量、展宽带宽^[5]。Goldber等^[6]报道，长 径比为50的铁氧体纤维与相同含量的非纤维磁性材料相比，其磁导率增加了50 倍。Chen等^[7]用金属锌粉体直接在空气中蒸发得到ZnO纳米纤维，结果表明， ZnO粉体对电磁波的吸收能力很弱，而ZnO纳米纤维对电磁波的吸收能力较强。 复合纳米纤维吸波剂不仅具有磁性纤维的特征，还因其特有的纳米效应，具有 很好的研究价值。