[发明专利]一种三维多孔片层状四氧化三铁/碳纳米电磁波吸收材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种三维多孔片层状四氧化三铁/碳纳米电磁波吸收材料及其制备方法，所述电磁波吸收材料中的碳构成了花状结构的三维骨架，碳包覆的四氧化三铁颗粒均匀分布在碳基体上。所述制备方法包括：1）将三价无机铁盐、尿素作为合成四氧化三铁的前驱体，和表面活性剂按一定的质量比溶于溶剂中，在密闭条件下反应，反应完成后对产物进行洗涤、干燥，制得羟基氧化铁；将制得的羟基氧化铁进行煅烧处理，得到三氧化二铁粉体；2）将步骤1）中的三氧化二铁粉体与碳源混合，然后在密闭条件下反应，即得三维多孔片层状四氧化三铁/碳纳米电磁波吸收材料，该电磁波吸收材料饱和磁化率高、矫顽力大、轻质、抗氧化能力强、电磁波吸收性能优异。

技术领域

本发明涉及电磁波吸收材料技术领域，具体的，涉及一种三维多孔片层状四氧化三铁/碳纳米电磁波吸收材料及其制备方法。

背景技术

随着遥感探测、计算机、通讯等电子技术的高速发展，日益增加的电磁干扰问题使得电磁波吸收材料受到越来越多的关注。随着空间电磁能量密度的不断增大，电磁波吸收材料在电磁污染防护和军事技术领域方面的应用正在受到世界各国的广泛关注。根据电磁波的损耗机制，电磁波吸收材料可以主要分为磁性材料和介电材料两种，典型的磁性材料包括四氧化三铁、铁、钴、镍等，它们主要依靠磁畴共振、自然共振等达到吸收电磁波的目的。介电材料主要依靠电子极化、界面极化等损耗机制损耗电磁波，例如碳材料、二氧化硅、氧化锌、氧化铜等。另外一方面，一种吸波材料的吸收性能主要由它的介电常数和磁导率决定。根据阻抗匹配条件Z_in＝Z₀(μ_r/ε_r)^1/2，仅依靠单一的磁损耗或者介电损耗很难达到阻抗匹配。为了改善这一点，研究者们通过构建复合材料的方式，将磁损耗和介电损耗相结合起来，提高阻抗匹配水平，进而得到显著提高的电磁波吸收性能；如Fe₃O₄/ZnO,Ni/TiO₂,Ni/BaTiO₃,Fe₃O₄/SiO₂等(参见文献RSC Adv.,2013,3(3309),J.Alloys.Compd.,2013,577(533),Appl.Surf.Sci.2012,258(3962),J.Alloys.Compd.,2014,602(8))；但这些吸波材料往往都存在密度大、填充比例高的缺点，限制了它们的进一步应用。

相比于其它介电材料，碳材料具有热学性能好、资源丰富、质轻、成本低、比表面积大等优势，因此现在越来越多的研究集中于将磁性材料与碳材料进行复合，从而达到质量轻，频带宽，吸收强，厚度薄的吸波效果。在众多磁性材料中，四氧化三铁因为具有较好的抗氧化性和热稳定性，较高的居里温度而成为研究的热点。例如，文献J.Phys.Chem.C，2011，115(14025)制备出一种Fe₃O₄/C纳米棒，并在2mm的厚度下最大吸收强度达到～27.9dB。文献ACS Appl.Mater.Interfaces 2014,6(12997)报道了一种核壳结构Fe₃O₄/C纳米球，在13.4GHz反射损耗达到20.0dB。但这些Fe₃O₄/C纳米复合材料都局限于一维或者二维结构，最大反射损耗强度较低。

实际上，一种吸波材料的吸收性能不仅与材料本身有关，还与材料的微观形貌和结构有关。具有片层状形貌的吸收体有更大的比表面积，往往能达到更好的吸波效果，而三维片层结构有利于形成多重反射，能增加对电磁波的吸收。

综上，现有的电磁波吸收材料在结构、性能等方面仍存在诸多问题，因此，有必要研究一种新的电磁波吸收材料。

发明内容