[发明专利]基于中空磁性微米球的宽频带吸波材料及制备方法

说明书

技术领域

本发明属于吸波材料制备技术领域，具体来说，涉及一种宽频铁氧体基吸波材料及其制备方法。

背景技术

随着电磁波的发展越来越广泛，雷达探测、卫星通信、移动无线等都以电磁波为媒介进行信号和能量的传输。然而越来越多的电磁辐射会对通信质量和仪器的工常工作造成影响，同时电磁辐射也会伤害人体的健康，影响环境等。另外在国防军事领域，避免被敌方发现、识别和攻击的雷达隐身技术，变得日益重要，受到各国的高度重视，不具备隐身能力的武器装备和指挥系统将会慢慢失去战斗能力，而实现雷达隐身的重要方式之一就是物体表面覆盖吸波材料。

吸波材料的吸波原理是将入射的电磁波的能量转化成热能损耗掉，从而避免电磁波的反射。若要实现这种对电磁波的高效率吸收必须满足两个条件：首先电磁波能够进入到吸波材料内部而不会在入射表面发生强烈的反射；其次进入到材料内部的电磁波被高效率地转化成热能。目前国内外吸波材料的研究热点主要集中在铁氧体金属、合金化合物、氧化物、陶瓷、碳材料、碳纳米管、石墨烯及上述碳基复合物等方面。铁氧体是是由铁和其他一种或多种金属组成的一种具有铁磁性的金属复合氧化物，它不仅具有优异的力学、热学和化学稳定性等特点，还具有矫顽力大，价格便宜等特点，被广泛的地用作吸波材料。它是一种双复介质材料，它的介电性是由于分子的自极化效应引起的，而磁性则是材料的自然共振所致，其中自然共振是铁氧体吸波的主要机制。研究发现铁氧体的吸波性能与成分、工艺、形状及所用的频率密切相关。就电特性来说，铁氧体的电阻率比金属、合金磁性材料大得多，而且还有不错的介电性能。铁氧体的磁性能还表现在高频时具有较高的磁导率。由上所述，铁氧体即具介电损耗和磁损耗双重损耗，又具有吸波性能好和频带宽等特点，是目前研究最成熟的吸波材料。

铁氧体是常用的磁损耗型微波吸收剂，具有吸收强的优点，但缺点是密度大，而吸波材料要求在满足吸波性能的条件下材料的重量尽可能小，尽量向质轻、带宽、吸收强、稳定性好等方向发展。在满足材料(层)薄、(质)轻、(频)宽、(吸波性能)强等方面，各种各样的中空、介孔等结构的铁氧体由于具有较低的密度、大的比表面积和较好的吸波性能已经成为研究热点。

目前，已报道的制备中空铁氧体的方法有化学气相沉积法、溶胶-凝胶法、溶剂热法、模板法、水热合成法和火焰喷射法等。上述制备方法虽各有其特点，也已经得到了应用，但是都存在着各种不同的缺点。主要表现在上述实验制备方法步骤复杂，制备程序繁琐和耗时，大部分还需要后续处理工艺造成制备成本较高等，不利于工业化大规模生产。更重要的是上述方法制备出来的中空结构难以实现宽频带吸收。据此，低成本，产量大和吸波性能好的基于中空磁性微米球的的研发，依然面临挑战。

发明内容

本发明所要解决的问题是克服背景技术的不足，提供一种基于铁氧体中空微米球的宽频带吸波材料的制备方法，且能胜任满足吸波材料层薄、质轻、频宽、吸波性能强等方面的要求。

本发明的技术方案如下：

一种基于中空磁性微米球的宽频带吸波材料的制备方法，步骤有：

(1)铁电极制备：将钢片加工成同轴磁控等离子加速器系统装置的电极片，再经标准半导体硅片清洗工艺清洗后，将其组装在同轴磁控等离子加速器系统装置中充当反应物的铁源；

(2)充气：将同轴磁控等离子加速器系统装置中的反应腔体抽真空后，充入纯度为99.7％工业氧气，待系统气压恢复到1个大气压后，停止充气，腔体中的氧气充当反应物的氧源；

(3)开启等离子体加热反应；使铁电极表面进行氧化反应；

(4)收集产物：待反应结束系统温度冷却到室温以后，打开阀门，从反应腔体和电极片上收集反应产物；

(5)样品纯化和筛选：将步骤(4)收集的产物超声分散于丙醇溶液，超声30分钟形成稳定的悬浮液，然后将此悬浮液通过一个玻璃容器进行分离，所述的玻璃容器放在一个环形的NdFeB永久磁铁中，经分离后，磁性最强的磁铁矿的微米球沉淀在容器壁上，纯相的磁铁矿的四氧化三铁中空微米球从混合相中得到分离；将得到的产物分别用<30μm、30μm～100μm、>100μm的网目筛进行筛选，得到不同尺寸的四氧化三铁中空微米球；

(5)吸波材料的制备；将步骤(5)中得到的四氧化三铁中空微米球和有机粘结剂混合，得到基于中空磁性微米球的宽频带吸波材料，其中四氧化三铁中空微米球按质量计为有机粘结剂的30～70％。