專利名稱：吸收高頻電磁波的四氧化三鐵/氧化錫核殼納米棒及制法的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種納米材料，具體地說是一種對高頻電磁波具有強(qiáng)吸收特性的 多孔四氧化三鐵/氧化錫核殼納米棒。本發(fā)明還涉及一種對高頻電磁波具有強(qiáng)吸 收特性的多孔四氧化三鐵/氧化錫核殼納米棒的制備方法。
(二)
背景技術(shù)：
隨著納米科技的迅速發(fā)展，納米材料在電磁波吸收領(lǐng)域的應(yīng)用受到了國內(nèi)外 的廣泛關(guān)注。金屬磁性納米顆粒如鐵、鈷、鎳等在高頻范圍內(nèi)具有較大的磁化強(qiáng) 度和"斯諾克極限"。因此，它們可以吸收高頻電磁波。但是，這些金屬顆粒的 電導(dǎo)較大，在外場的作用下會(huì)產(chǎn)生渦流損耗，從而使其電磁波吸收性能顯著下降。 碳納米管具有特殊結(jié)構(gòu)和優(yōu)異的電學(xué)特性，近年來研究者對它們的高頻電磁響應(yīng) 特性進(jìn)行了較為廣泛地研究。從微觀電磁響應(yīng)機(jī)制分析，單純的碳納米管的電磁 衰減特性只源于介電損耗。為了避免趨夫效應(yīng)對電磁波在高頻范圍內(nèi)衰減性能的 影響，碳納米管在基體材料中的添加量不能太高。然而，添加量的降低會(huì)顯著降 低它們的電磁響應(yīng)特性。在碳納米管內(nèi)部填充磁性物質(zhì)、包覆或摻雜磁性介質(zhì)， 使其具有強(qiáng)磁性，可以引入磁損耗因子。在這種情況下，填充磁性介質(zhì)的碳納米
管對高頻范圍內(nèi)的電磁波顯示出了增強(qiáng)的吸收特性。然而，考慮到碳納米管的長 度及端口打開的難易程度，實(shí)現(xiàn)磁性物質(zhì)在碳納米管中大量、均勻填充還有待進(jìn) 一步完善。因此，實(shí)現(xiàn)大量、可控制備、高效率電磁吸收材料目前還存在諸多問 題需要解決。例如，2004年我們利用熱蒸發(fā)技術(shù)合成了ZnO納米材料。該納米 材料可以吸收電磁波，但是吸收頻率的寬度和吸收強(qiáng)度都較低。這項(xiàng)工作2004 年發(fā)表在《App1. Phys. Lett.》91期上，論文題目為"Microwave absorption properties and mechanism of cagelike ZnO/SiO2 nanocomposites，,。根據(jù)電磁傳輸線理論，當(dāng) 介電損耗與磁損耗相互匹配時(shí)，材料才能顯示最強(qiáng)的電磁波吸收特性。因此，如 何實(shí)現(xiàn)對高頻電磁波具有吸收特性的納米材料的大量制備以及如何匹配電損耗 與磁損耗是當(dāng)前的主要技術(shù)難題。
(三) 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種^t高頻電磁波具有逼吸收特性的吸收高頻電磁 波具的四氧化三鐵/氧化錫核殼納米棒。本發(fā)明的目的還在于提供一種操作簡單、 適合于工業(yè)化生產(chǎn)的吸收高頻電磁波具的四氧化三鐵/氧化錫核殼納米棒的制 法。
本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的
本發(fā)明的吸收高頻電磁波具的四氧化三鐵/氧化錫核殼納米棒是(1)將
0.25-1.0 mol/L的FeCl3溶液置于不銹鋼密封的高壓釜內(nèi)，在烘箱內(nèi)于100-120°C 保持12小時(shí)，待高壓釜自然冷卻到室溫后，將釜內(nèi)的沉淀用水和乙醇清洗，80°C 下干燥后得到"-FeOOH納米棒，再于500'C退火2.5小時(shí)，得到a-Fe203納米棒； (2)將0.08 g a-Fe203納米棒超聲分散到32ml水-乙醇溶液中，然后加入0.75g 尿素和0.115g錫酸鉀，攪拌后，將上述溶液置于不銹鋼密封的高壓釜內(nèi)，在烘 箱內(nèi)于170。C保持36小時(shí)，待高壓釜自然冷卻到室溫后，將釜內(nèi)的沉淀用水和 乙醇清洗，8CTC下干燥后得到a-Fe203/Sn02核殼納米棒；(3 )將a-Fe203/Sn02核 殼納米棒在H2體積占8X的N2/H2氣氛下，于400。C退火7小時(shí)，得到的孔的長 度和直徑分別為10-60和5-30納米的多孔四氧化三鐵/氧化錫納米棒。
本發(fā)明的吸收高頻電磁波具的四氧化三鐵/氧化錫核殼納米棒的制法為
(1) 將0.25-1.0 mol/L的FeCl3溶液置于不銹鋼密封的高壓釜內(nèi)，在烘箱 內(nèi)于100-12(TC保持12小時(shí)，待高壓釜自然冷卻到室溫后，將釜內(nèi)的沉淀用水 和乙醇清洗，80'C下干燥后得到y(tǒng)ff-FeOOH納米棒，再于500'C退火2.5小時(shí)，得 至!j ct-Fe203納米棒；
(2) 將0.08 g ct-Fe203納米棒超聲分散到32ml水-乙醇溶液中，然后加入 0.75g尿素和0.115g錫酸鉀，攪拌后，將上述溶液置于不銹鋼密封的高壓釜內(nèi)， 在烘箱內(nèi)于170'C保持36小時(shí)，待高壓釜自然冷卻到室溫后，將釜內(nèi)的沉淀用 水和乙醇清洗，80'C下干燥后得到a-Fe2(VSn02核殼納米棒；
(3 )將a-Fe203/Sn02核殼納米棒在H2體積占8%的N2/H2氣氛下，于400°C 退火7小時(shí)，得到多孔四氧化三鐵/氧化錫納米棒。
用本發(fā)明的多孔四氧化三鐵/氧化錫納米棒制備80 wt。/。多孔四氧化三鐵/氧 化錫納米棒一石蠟復(fù)合薄膜材料，利用T/R同軸傳輸線測試其電磁參數(shù)。最后利 用電磁傳輸線理論計(jì)算不同薄膜厚度的電磁波反射率。本發(fā)明提供了一種對高頻電磁波具有強(qiáng)吸收特性的多孔Fe304/Sn02核殼納 米棒的制備方法。利用多孔四氧化三鐵/氧化錫納米棒制備的薄膜，厚度為4mm 時(shí)，材料表現(xiàn)出雙頻吸收特性，其吸收強(qiáng)度均達(dá)到了-20dB以下。
本發(fā)明的制備方法操作簡單、適合于工業(yè)化生產(chǎn)，能夠制備出對高頻電磁波 具有強(qiáng)吸收特性的多孔四氧化三鐵/氧化錫核殼納米棒。
(四)


圖1為ot-Fe203/Sn02核殼納米棒的形貌與結(jié)構(gòu)。a)透射電鏡圖，插圖為 ci-Fe203的選區(qū)電子衍射b)放大的透射電鏡圖。
圖2為多孔四氧化三鐵/氧化錫納米棒的形貌與結(jié)構(gòu)。a)透射電鏡圖，插圖 分別為Fe304的高分辨圖像和選區(qū)電子衍射b)放大的透射電鏡圖。
圖3為多孔四氧化三鐵/氧化錫納米棒一石蠟復(fù)合物的電磁參數(shù)。圖3(a)復(fù) 介電常數(shù)，圖3(b)復(fù)磁導(dǎo)率。
圖4為多孔四氧化三鐵/氧化錫納米棒一石蠟復(fù)合物的介電損耗與磁損耗正 切值。
圖5為多孔四氧化三鐵/氧化錫納米棒一石蠟復(fù)合物在不同濃度下的電磁波 反射率。
具體實(shí)施方式
下面舉例對本發(fā)明做更詳細(xì)地描述
實(shí)施例1:
(1 )將40毫升的0.5mol/L的FeCl3溶液置于50 ml不銹鋼密封的高壓釜 內(nèi)。在烘箱內(nèi)于12(TC保持12小時(shí)。待高壓釜自然冷卻到室溫后，將釜內(nèi)的沉 淀用水和乙醇清洗數(shù)次。80'C下干燥后得到y(tǒng)9-FeOOH納米棒，再于50(TC退火 2.5小時(shí)，得到ct-Fe203納米棒；
(2) 0.08 g a-Fe203納米棒超聲分散到32 ml水-乙醇溶液中，然后加入0.75g 尿素和0.115g錫酸鉀(K2Sn03.3H20,95%)。攪拌后，將上述溶液置于50ml不 銹鋼密封的高壓釜內(nèi)。在烘箱內(nèi)于170°C保持36小時(shí)。待高壓釜自然冷卻到室 溫后，將釜內(nèi)的沉淀用水和乙醇清洗數(shù)次。80'C下干燥后得到a-Fe2O3/SnO2核殼 納米棒，其形貌與微結(jié)構(gòu)用透射電鏡表征，如圖l所示；
(3) 將cc-Fe203/Sn02核殼納米棒在^氾2 (8%/H2)氣氛下，于400°C退 火7小時(shí)，最后得到多孔四氧化三鐵/氧化錫納米棒，其形貌與微結(jié)構(gòu)用透射電鏡表征，如圖2所示。其中孔的長度和直徑分別為10-60和5-30納米；
(4)制備80wt。/。多孔四氧化三鐵/氧化錫納米棒一石蠟復(fù)合薄膜材料，利用 T/R同軸傳輸線測試其電磁參數(shù)，測量結(jié)果見圖3。由此數(shù)據(jù)計(jì)算的復(fù)合物的介 電損耗與磁損耗正切值如圖4所示，可以看出二者實(shí)現(xiàn)了較好的匹配。最后利用 電磁傳輸線理論計(jì)算不同薄膜厚度的電磁波反射率，見圖5。 實(shí)施例2:
(1) 將40毫升的1.0 mol/L的FeCl3溶液置于50 ml不銹鋼密封的高壓釜 內(nèi)。在烘箱內(nèi)于100'C保持12小時(shí)。待高壓釜自然冷卻到室溫后，將釜內(nèi)的沉 淀用水和乙醇清洗數(shù)次。8(TC下干燥后得到^-FeOOH納米棒，再于50(TC退火 2.5小時(shí)，得到a-Fe203納米棒；
(2) 0.08 g ot-Fe203納米棒超聲分散到32ml水-乙醇溶液中，然后加入0.75g 尿素和0.115g錫酸鉀(K2Sn03.3H20, 95%)。攪拌后，將上述溶液置于50ml不 銹鋼密封的高壓釜內(nèi)。在烘箱內(nèi)于170°C保持36小時(shí)。待高壓釜自然冷卻到室 溫后，將釜內(nèi)的沉淀用水和乙醇清洗數(shù)次。8(rC下干燥后得到a-Fe2(VSn02核殼 納米棒；
(3) 將ct-Fe203/Sn02核殼納米棒在N2/H2 (8%/H2)氣氛下，于400。C退火 7小時(shí)，最后得到多孔四氧化三鐵/氧化錫納米棒。
實(shí)施例3:
(1) 將40毫升的0.25 mol/L的FeCl3溶液置于50 ml不銹鋼密封的高壓 釜內(nèi)。在烘箱內(nèi)于110'C保持12小時(shí)。待高壓釜自然冷卻到室溫后，將釜內(nèi)的 沉淀用水和乙醇清洗數(shù)次。8(TC下干燥后得到y(tǒng) -FeOOH納米棒，再于50(TC退 火2.5小時(shí)，得到a-Fe203納米棒；
(2) 0.08 g ot-Fe203納米棒超聲分散到32 ml水-乙醇溶液中，然后加入0.75g 尿素和0.115g錫酸鉀(K2Sn03.3H20, 95%)。攪拌后，將上述溶液置于50ml不 銹鋼密封的高壓釜內(nèi)。在烘箱內(nèi)于17(TC保持36小時(shí)。待高壓釜自然冷卻到室 溫后，將釜內(nèi)的沉淀用水和乙醇清洗數(shù)次。8(TC下干燥后得到ot-Fe203/Sn02核殼 納米棒；
(3) 將a-Fe203/Sn02核殼納米棒在>42氾2 (8%/H2)氣氛下，于400。C退火 7小時(shí)，最后得到多孔四氧化三鐵/氧化錫納米棒。
權(quán)利要求
1、一種吸收高頻電磁波具的四氧化三鐵/氧化錫核殼納米棒，其特征是它是(1)將0.25-1.0mol/L的FeCl3溶液置于不銹鋼密封的高壓釜內(nèi)，在烘箱內(nèi)于100-120℃保持12小時(shí)，待高壓釜自然冷卻到室溫后，將釜內(nèi)的沉淀用水和乙醇清洗，80℃下干燥后得到β-FeOOH納米棒，再于500℃退火2.5小時(shí)，得到α-Fe2O3納米棒；(2)將0.08g α-Fe2O3納米棒超聲分散到32ml水-乙醇溶液中，然后加入0.75g尿素和0.115g錫酸鉀，攪拌后，將上述溶液置于不銹鋼密封的高壓釜內(nèi)，在烘箱內(nèi)于170℃保持36小時(shí)，待高壓釜自然冷卻到室溫后，將釜內(nèi)的沉淀用水和乙醇清洗，80℃下干燥后得到α-Fe2O3/SnO2核殼納米棒；(3)將α-Fe2O3/SnO2核殼納米棒在H2體積占8％的N2/H2氣氛下，于400℃退火7小時(shí)，得到的孔的長度和直徑分別為10-60和5-30納米的多孔四氧化三鐵/氧化錫納米棒。
2、 一種吸收高頻電磁波具的四氧化三鐵/氧化錫核殼納米棒的制法，其特 征是(1) 將0.25-1.0mol/L的FeCl3溶液置于不銹鋼密封的高壓釜內(nèi)，在烘箱 內(nèi)于100-120'C保持12小時(shí)，待高壓釜自然冷卻到室溫后，將釜內(nèi)的沉淀用水 和乙醇清洗，80'C下干燥后得到"-FeOOH納米棒，再于500'C退火2.5小時(shí)，得到CC-Fe203納米棒；(2) 將0.08 g a-Fe203納米棒超聲分散到32ml水-乙醇溶液中，然后加入 0.75g尿素和0.115g錫酸鉀，攪拌后，將上述溶液置于不銹鋼密封的高壓釜內(nèi)， 在烘箱內(nèi)于17(TC保持36小時(shí)，待高壓釜自然冷卻到室溫后，將釜內(nèi)的沉淀用 水和乙醇清洗，80°C下干燥后得到a-Fe203/Sn02核殼納米棒；(3) 將a-Fe2(VSn02核殼納米棒在H2體積占8%的1^2/112氣氛下，于40(TC 退火7小時(shí)，得到多孔四氧化三鐵/氧化錫納米棒。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的吸收高頻電磁波具的四氧化三鐵/氧化錫核殼納 米棒的制法，其特征是步驟(2)中的水-乙醇溶液中乙醇的體積比為38%。
全文摘要
本發(fā)明提供的是一種吸收高頻電磁波的四氧化三鐵/氧化錫核殼納米棒及制法。將0.25-1.0mol/L的FeCl₃溶液置于不銹鋼密封的高壓釜內(nèi)，在烘箱內(nèi)于100-120℃保持12小時(shí)，待高壓釜自然冷卻到室溫后，將釜內(nèi)的沉淀用水和乙醇清洗，80℃下干燥后得到β-FeOOH納米棒，再于500℃退火2.5小時(shí)，得到α-Fe₂O₃納米棒；將0.08gα-Fe₂O₃納米棒超聲分散到32ml水-乙醇溶液中，然后加入0.75g尿素和0.115g錫酸鉀，攪拌后，將上述溶液置于不銹鋼密封的高壓釜內(nèi)，在烘箱內(nèi)于170℃保持36小時(shí)，待高壓釜自然冷卻到室溫后，將釜內(nèi)的沉淀用水和乙醇清洗，80℃下干燥后得到α-Fe₂O₃/SnO₂核殼納米棒；將α-Fe₂O₃/SnO₂核殼納米棒在H₂體積占8％的N₂/H₂氣氛下，在400℃退火7小時(shí)，得到多孔四氧化三鐵/氧化錫納米棒。本發(fā)明方法操作簡單、適合于工業(yè)化生產(chǎn)。
文檔編號C09K3/00GK101586019SQ20091007167
公開日2009年11月25日 申請日期2009年3月31日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月31日
發(fā)明者朱春玲, 陳玉金 申請人:哈爾濱工程大學(xué)