[发明专利]一种层级结构吸波剂及其制备方法

说明书

本发明公开了一种层级结构吸波剂及其制备方法，所述吸波剂由三元复合物和成膜剂组成，所述三元复合物呈层级包覆结构，含有二元金属氧化物、RGO和MnO₂，所述RGO包覆在二元金属氧化物外，所述MnO₂包覆在RGO外。其中，二元复合物为磁损耗介质，RGO为介电损耗与导电损耗介质。本发明不仅将磁损耗与电损耗融为一体，并且通过这种层级有序包覆结构的设计，大大增强复合物对于电磁波的界面极化作用。最外层的MnO₂不仅有利于电磁波的入射，还能有效降低RGO对于电磁波的直接反射，进一步增强了复合物的吸波性能。

技术领域

本发明涉及磁性材料技术领域，尤其是涉及一种层级结构吸波剂及其制备方法。

背景技术

随着现代电子信息技术的快速发展，电磁辐射对环境和人类健康的负面影响日益严重。因此，制备出一种能有效屏蔽吸收电磁波的材料显得十分的重要。然而，由于电磁波的复杂性，想要制备出具有质量轻、厚度薄、吸收强、频带宽的高效吸波剂仍然是一项十分艰巨的任务。

一般而言，吸波剂对电磁波的吸收主要依赖于两种损耗机制，即介电损耗和磁损耗。Fe₃O₄、钡铁氧体、锰铁氧体等铁磁材料作为最传统的吸波材料，由于其杰出的磁损耗性能，已被广泛地应用于电磁波屏蔽领域。然而，其密度大，涂层厚和吸收带宽窄等缺点，直接限制了它们在高端科技领域的大规模应用。近些年来，以石墨烯(RGO)为代表的一些新型的碳材料，由于其密度低、介电损耗强等特点已在吸波领域展现出一定的应用前景。电磁波既具有电特性也具有磁特性，因而只具备单一损耗机制(磁损耗或电损耗)的吸波剂，根本不能满足实际的需要。基于此，如果将介电损耗强的石墨烯与磁损耗强的铁氧体复合，也许能得到一种兼具电、磁特性的轻质高效吸波材料。

中国专利CN102876288B“一种石墨烯/钡铁氧体复合吸波材料的制备方法”中公开了一种石墨烯负载钡铁氧体的合成方法。该复合材料在2～18GHz范围内的最小反射损耗为-22.09dB，有效带宽较窄，仅为4.0GHz。

中国专利CN105602194A“一种Ni纳米粒子改性石墨烯及其吸波材料的制备方法”公开了一种通过Ni纳米粒子沉积石墨烯的表面，结合石墨烯良好的介电性能而得到的一种兼具电、磁吸收能力的吸波剂。但其吸波能力较差，最小反射损耗(-17.8dB)及有效吸收宽带(2.5GHz)都较小。

但是，正是由于石墨烯(RGO)优越的电性能，过多的石墨烯负载可能会增强复合物对于电磁波的直接反射，导致电磁波无法有效进入材料内部，造成复合物的介电常数急剧增大，复合物对于电磁波的反射增强，不利于复合物对电磁波的进一步损耗吸收。

发明内容

本发明提供一种层级结构吸波剂及其制备方法，不仅将磁损耗与电损耗融为一体，并且通过这种层级有序包覆结构的设计有效利用了石墨烯巨大的比表面积，极大地增强了组分之间的接触面积，增强复合物对于电磁波的界面极化作用，进一步提高了复合物的电磁波吸收性能。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种层级结构吸波剂，所述吸波剂由三元复合物和成膜剂组成，所述三元复合物呈层级包覆结构，含有二元金属氧化物、RGO和MnO₂，所述RGO包覆在二元金属氧化物外，所述MnO₂包覆在RGO外。其中，二元复合物为磁损耗介质，RGO为介电损耗与导电损耗介质。

作为优选，所述二元金属氧化物其中一种金属元素为Fe，另一种为Zn、Ba、Ca、Mg、Sn、Ti、Sr和Sm中任意一种。

作为优选，所述三元复合物和成膜剂的质量比为1～5:5～1，其中所述成膜剂为石蜡。

作为优选，所述方法包括以下步骤：