[发明专利]多孔空心铁纳米球形电磁波吸收材料及制备方法与应用

说明书

本发明涉及一种多孔空心铁纳米球形电磁波吸收材料及其制备方法与应用。电磁波吸收材料是直径为500‑600nm的空心球。制备方法包括：以硝酸酸铁等前驱体盐与聚乙烯吡咯烷酮等表面活性剂溶于醇溶剂中，再加入少量的去离子水，溶剂热反应得前驱体，煅烧处理后再置于氢气气氛下还原，在400‑500℃条件下直接还原得到多孔空心铁纳米球。所得多孔空心铁纳米球稳定性和均匀性好，具有良好电磁波吸收性能、吸收覆盖频率范围宽、耐腐蚀以及成本低的特点，用于制作电磁吸收体。

技术领域

本发明涉及到一种多孔空心铁纳米球电磁波吸收材料及其制备方法与应用，属于电磁波吸收材料技术领域。

背景技术

频率在GHz范围的高频电磁波在移动手机，智能交通运输系统，电子收费系统，医疗系统，局域网络系统等高新技术方面得到越来越广泛的应用，电子和通信设备工作时所辐射出的电磁波会干扰周围电子仪器的正常工作，导致其性能下降甚至失效。另外，严重的电磁辐射还会危害人体健康，研究表明，电磁辐射对人体的神经系统、生殖系统、心血管系统、免疫系统等均有不同程度的影响，并且对人体的损害具有积累效应。因此，通过对电磁波的吸收实现对电子电气设备的电磁辐射防护具有重要研究意义。磁损失、介电损失和导电损失材料均可以用来作为电磁波吸收体，而磁损失材料成为当前研究的热点，因为从它可以制备出更薄的电磁波吸收体。对于磁性电磁波吸收材料，材料的磁导率和介电常数决定了它的吸收性能。作为传统的磁性电磁波吸收材料，铁氧体具有强磁性和低导电率，已经得到人们广泛的研究和关注。但由于材料本身的Snoek局限性，铁氧体适用于低于GHz 的频率范围。在高频率的GHz范围内，由于磁导率急剧减小，铁氧体在高频率范围中的吸收性能大大降低，导致其吸收层的厚度增加。金属磁体具有很高的饱和磁化率，它的Snoek 局限性在很高的频率范围，即使在高频范围中它的磁导率还能保持很高，因而就能制备出更薄、更轻质、适用频率范围更加宽的电磁波吸收材料。铁作为一种典型的磁性材料，拥有最大的磁饱和强度，有利于降低吸收厚度。然而除了自身磁性能以外，为了达到良好的吸波效果，一种吸波材料还要满足阻抗匹配条件。为此，文献IEEE Trans.Magn.35, 3502(1999),J.Appl.Phys.87,5627(2000)将金属Fe与ZnO、SiO₂等介电材料复合，并研究了其电磁波吸收性能。但受金属磁体的颗粒尺寸大小、形态以及均匀性的影响，难以满足高性能电磁波吸收材料“质轻、带宽、厚度薄、吸收强”的要求；另外，其复杂的制备工艺和较高的制作成本也难以满足大规模工业化生产的需求。近年来研究者们发现多孔和空心结构由于具有较大的比表面积、较低的密度、良好的分散性，同时空气的引入能有效降低介电常数，提高阻抗匹配水平，有利于电磁波吸收，参见文献：J.Mater.Chem.2012, 22(22160)。

在纳米空心材料的制备过程中，科研人员经常使用到像SiO₂或者PS(聚苯乙烯)这样的纳米尺寸的模板来合成具有空心结构的材料，参见文献:J.Magn.Magn.Mater.,2007,311(578),J.Colloid&Inter.Sci.,2005,2(432)。在使用模板法合成纳米空心球材料的过程中，首先是合成的目标物质在模板表面形成一层膜，然后通过溶液溶解或者煅烧的方法将模板去除从而得到空心纳米材料。此外，液相交换法和微乳液法等也都经常用于空心纳米材料的合成。但是，这些方法都存在着价格昂贵，操作繁琐，以及模板去除不完全等缺陷，这些缺陷也导致了这些方法不能被大量的用于制备纳米空心材料中来。

为此，提出本发明。

发明内容

本发明针对现有铁电磁波吸收材料存在的不足，提供一种低成本、易制备、高吸收电磁波的多孔空心铁纳米球形电磁波吸收材料及其制备方法。

本发明还提供多孔空心铁纳米球形粉体的应用。

发明概述