專利名稱：一種稀土摻雜鐵氧體-二氧化鈦/聚噻吩/碳納米管微波吸收劑的制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種微波吸收劑的制備方法，尤其涉及一種稀土摻雜鐵氧體-二氧 化鈦/聚噻吩/碳納米管微波吸收劑的制備方法。
背景技術：
吸波材料是能吸收投射到它表面的電磁波能量，并通過材料的損耗轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮艿?一類材料。從損耗機理上分類，吸波材料可分為電阻型、電介質(zhì)型和磁介質(zhì)型3大類。在同 樣性能條件下，鐵氧體一般要比電介質(zhì)吸波體薄，吸收效果好、成本低，因而應用廣泛、發(fā)展 較快。目前，在諸多種類的吸波材料中，鐵氧體是研究得比較成熟、應用比較廣泛的一種 吸波材料，一般是指鐵族的和其他一種或多種適當?shù)慕饘僭貜秃隙傻难趸?。它在?頻段具有較高的磁導率，吸收效率高，頻帶寬，制備成本低，具有一定的吸波性能。鐵氧體包 括尖晶石型，石榴石型和磁鉛石型，它們都具有旋磁性，這是吸波材料產(chǎn)生電磁損耗的重要 性能。許多研究表明，3種鐵氧體中以六角晶系磁鉛石型鐵氧體的吸波性能最好，因為六角 晶系磁鉛石型鐵氧體具有片狀結(jié)構(gòu)，而片狀是吸收微波的最佳形狀。其次六角晶系磁鉛石 型鐵氧體具有較高的磁性備向異性等效場，因而有較高的自然共振頻率。自然共振是鐵氧 體吸收電磁波的主要機制。所謂自然共振是指鐵氧體在不加外恒磁場的情況下，由入射的 交變磁場和晶體的磁性各向異性等效場Hk共同作用產(chǎn)生的進動共振。當交變磁場的角頻 率ω和晶體的磁性各向異性等效場Hk所決定本征角頻率的ω *k相等時，鐵氧體吸波材料 將大量吸收電磁波。隨著納米材料的不斷發(fā)展，納米材料的制備方法也越來越多，為了保證鐵氧體具 有良好的吸波性能。制備納米鐵氧體的方法主要有物理法和化學法。化學法主要有溶 膠一凝膠法、化學共沉淀法、水熱合成法、微乳液法、自蔓延高溫合成法，這些方法與傳統(tǒng)鐵 氧體制備工藝相比具有低能耗、無環(huán)境污染、高質(zhì)量等優(yōu)點，所生產(chǎn)的鐵氧化體粉料性能穩(wěn) 定、顆粒尺寸分布均勻、可用于制造高性能的鐵氧體元件，具有廣闊的應用前景。該M型鋇鐵氧體為磁鉛石型鐵氧體，對稱性低，具有很高的磁晶各向異性場Ha，利 用其自然共振可獲得較高的復數(shù)磁導率，同時可以利用其自然共振吸收峰的重疊展寬吸收 頻帶，同時通過與二氧化鈦的復合，兩者之間存在耦合力，能增強鐵氧體的磁損耗。因此該 摻雜鐵氧體_ 二氧化鈦具有良好的頻率特性和吸波性能。聚噻吩是一種導電高分子，通過 與碳納米管η-η共軛，增強其介電損耗能力，然后與鐵氧體-二氧化鈦復合，結(jié)合三者的 優(yōu)勢，則能拓寬吸收頻帶、提高吸波性能，從而能滿足吸波材料所要求的“薄、輕、寬、強”的 目標，制備出性能優(yōu)越的微波吸收材料。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種稀土摻雜鐵氧體_ 二氧化鈦/聚噻吩/碳納米管微波吸收劑的制備方法，現(xiàn)階段制備的鐵氧體微波吸收劑，存在一些缺陷，難以滿足現(xiàn)代吸波 材料的要求一頻帶寬、質(zhì)量輕、吸收強、厚度薄。本發(fā)明針對上述問題，研制了一種復合型的 微波吸收材料，能有效的解決現(xiàn)階段微波吸收材料面臨的問題。本發(fā)明是這樣來實現(xiàn)的，主料為硝酸鋇、硝酸鐵、硝酸釹和硝酸鑭，輔料為噻吩單 體、二氧化鈦凝膠、碳納米管、三氯甲烷、檸檬酸、無水氯化鐵，其中檸檬酸與硝酸根的摩爾 比為1:2，釹的摩爾 摻雜量為0. 02-0. 07，鑭的摩爾摻雜量為0. 03-0. 06，鐵氧體與二氧化鈦 的質(zhì)量比為5:5，鐵氧體-二氧化鈦復合物與噻吩單體的質(zhì)量比為0.4:1，碳納米管與噻吩 單體的質(zhì)量比為0.4:1 ；
其制備過程如下
A、將硝酸鋇、硝酸鐵、硝酸釹和硝酸鑭溶于蒸餾水中，攪拌至溶解，得到澄清溶液；
B、將計量比的檸檬酸加入上述溶液中，得到棕紅色溶液，然后緩慢滴加氨水，至溶液的 PH值在8-9，溶液變?yōu)闇\綠色；
C、將淺綠色溶液置于70°C的水浴中，直至溶液中的水分完全蒸發(fā)，得到粘度IlOcp的 鐵氧體凝膠，然后與二氧化鈦凝膠按質(zhì)量比5:5混合，攪拌均勻；
D、將混合凝膠自蔓延燃燒，除去其中的檸檬酸，得到黑色的摻雜鐵氧體_二氧化鈦復 合物前軀體，然后將前軀體在1200°C下煅燒3h后，得到黑色粉末狀的摻雜鐵氧體_ 二氧化 鈦復合物；
E、將摻雜鐵氧體-二氧化鈦復合物、碳納米管與噻吩單體按質(zhì)量比，加入到三氯甲烷 溶液中，超聲波振蕩3h，使它們混合均勻，然后加入無水氯化鐵，在0°C的冰浴中進行原位 化學氧化反應，反應20h;
F、反應完成后，室溫下將溶劑蒸干，倒入2mol/L的HCI溶液，室溫攪拌20 h，抽濾，水 洗滌，重復2-3次，直至濾液澄清，將沉淀在70°C下真空干燥24h，制得稀土摻雜鐵氧體_ 二 氧化鈦/聚噻吩/碳納米管復合物。所述的鋇與鑭的摩爾比為1 (0. 02-0. 07)，鋇與釹的摩爾比為1:(0· 03-0. 06)，鐵 氧體與二氧化鈦的質(zhì)量比為3 :5，鐵氧體-二氧化鈦復合物與噻吩單體的質(zhì)量比為0. 4:1， 碳納米管與噻吩單體的質(zhì)量比為0.4:1。本發(fā)明的優(yōu)點是本發(fā)明中摻雜稀土元素，能增加鐵氧體晶體的磁晶各向異性場， 提高矯頑力，從而增加在交變電磁場中的磁滯損耗，使晶體的平均晶粒尺寸增大，從而使晶 界電阻率減小，進而使晶體整體的電阻率減小，提高了渦流損耗，同時可以增加疇壁諧振損 耗。同時，控制摻雜量可以調(diào)節(jié)鐵氧體材料吸收峰的頻率范圍，以達到預期的應用范圍，并 可以擴展吸收頻帶寬度，改善高溫吸波性能。鐵氧體與二氧化鈦復合，鋇鐵氧體與二氧化鈦 的納米顆粒間存在耦合作用，降低了鋇鐵氧體的各向異性常數(shù)和飽和磁化強度，但各向異 性常數(shù)減小的速度大于飽和磁化強度減小的速度，所以在兩者的作用下，復磁導率的虛部 反而上升了，提高了鋇鐵氧體磁損耗的能力。聚噻吩是一種導電高分子，通過與碳納米管
共軛，增強其介電損耗能力。然后與鐵氧體結(jié)合，充分利用聚噻吩優(yōu)異的介電損耗能 力，增強鐵氧體對微波的電損耗能力，提高其吸波能力。同時，減少鐵氧體的用量，降低鐵氧 體吸收劑的用量。因此，該復合材料為一性能優(yōu)越的吸波材料。
具體實施例方式結(jié)合上述的發(fā)明內(nèi)容提供以下實施案例。實施案例1:
步驟1 將定量的硝酸鐵、硝酸鋇、硝酸鑭(摩爾含量為0. 02)和硝酸釹(摩爾含量為0.02)加入到去離子水中，攪拌至溶解。加入劑量比的檸檬酸，混合均勻。在70°C的水浴中 加熱，直至形成粘度IlOcp濕凝膠。步驟2 將濕凝膠與二氧化鈦凝膠按質(zhì)量比5:5混合均勻后，進行自蔓延燃燒，得 到黑色粉末，然后在1200°C煅燒3h，得黑色鐵氧體-二氧化鈦復合物。步驟3 將0. 4g黑色鐵氧體-二氧化鈦復合物、0. 4g碳納米管與Ig噻吩單體按質(zhì) 量比加入到氯仿中，超聲分散3h，使它們均一分散在氯仿中，在0°C條件下，將0. 5mol無水 FeCl3加入到氯仿溶液的三頸瓶中，攪拌反應20h。反應完成后，室溫下將溶劑蒸干，倒入120 mL 2 mol/L的HCI溶液，室溫攪拌20 h，抽濾，水洗滌，重復2_3次，至濾液為無色，70°C真 空干燥24h，即制得復合吸波材料，吸收峰值大于_30dB的頻帶寬度可達60%，最高吸收峰值 可達-45dB。
實施案例2
步驟1 將定量的硝酸鐵、硝酸鋇、硝酸鑭(摩爾含量為0. 03)和硝酸釹(摩爾含量為 0.01)加入到去離子水中，攪拌至溶解。加入劑量比的檸檬酸，混合均勻。在70°C的水浴中 加熱，直至形成粘度IlOcp的濕凝膠。步驟2 將濕凝膠與二氧化鈦凝膠按質(zhì)量比5:5混合均勻后，進行自蔓延燃燒，得 到黑色粉末，然后在1200°C煅燒3h，得黑色鐵氧體-二氧化鈦復合物。步驟3 將0. 8黑色鐵氧體-二氧化鈦復合物、0. 8碳納米管與2g噻吩單體按質(zhì) 量比加入到氯仿中，超聲分散3h，使它們均一分散在氯仿中，在0°C條件下，將1. 5mol無水 FeCl3加入到氯仿溶液的三頸瓶中，攪拌反應20h。反應完成后，室溫下將溶劑蒸干，倒入150 mL 2mol/L的HCI溶液，室溫攪拌20 h，抽濾，水洗滌，重復2_3次，至濾液為無色，70°C真空 干燥24h，即制得復合吸波材料，吸收峰值大于_25dB的頻帶寬度可達70%，最高吸收峰值可 達-40dB。實施案例3
步驟1 將定量的硝酸鐵、硝酸鋇、硝酸鑭(摩爾含量為0. 03)和硝酸釹(摩爾含量為 0.03)加入到去離子水中，攪拌至溶解。加入劑量比的檸檬酸，混合均勻。在70°C的水浴中 加熱，直至形成粘度IlOcp的濕凝膠。步驟2 將濕凝膠與二氧化鈦凝膠按質(zhì)量比5:5混合均勻后，進行自蔓延燃燒，得 到黑色粉末，然后在1200°C煅燒3h，得黑色鐵氧體-二氧化鈦復合物。步驟3 將0. 2黑色鐵氧體-二氧化鈦復合物、0. 2碳納米管與0. 5g噻吩單體按 質(zhì)量比加入到氯仿中，超聲分散3h，使它們均一分散在氯仿中，在0°C條件下，將0. 2mol無 水FeCl3加入到氯仿溶液的三頸瓶中，攪拌反應20h。反應完成后，室溫下將溶劑蒸干，倒入 IOOmL 2mol/L的HCI溶液，室溫攪拌20 h，抽濾，水洗滌，重復2_3次，至濾液為無色，70°C 真空干燥24h，即制得復合吸波材料，吸收峰值大于_20dB的頻帶寬度可達60%，最高吸收峰 值可達-43dB。
權利要求
1.一種稀土摻雜鐵氧體-二氧化鈦/聚噻吩/碳納米管微波吸收劑的制備方法，其特 征是主料為硝酸鋇、硝酸鐵、硝酸釹和硝酸鑭，輔料為噻吩單體、二氧化鈦凝膠、碳納米管、 三氯甲烷、檸檬酸、無水氯化鐵，其中檸檬酸與硝酸根的摩爾比為1:2，釹的摩爾摻雜量為 0. 02-0. 07，鑭的摩爾摻雜量為0. 03-0. 06，鐵氧體與二氧化鈦的質(zhì)量比為5:5，鐵氧體-二 氧化鈦復合物與噻吩單體的質(zhì)量比為0. 4:1，碳納米管與噻吩單體的質(zhì)量比為0. 4:1 ；其制備過程如下A、將硝酸鋇、硝酸鐵、硝酸釹和硝酸鑭溶于蒸餾水中，攪拌至溶解，得到澄清溶液；B、將計量比的檸檬酸加入上述溶液中，得到棕紅色溶液，然后緩慢滴加氨水，至溶液的 PH值在8-9，溶液變?yōu)闇\綠色；C、將淺綠色溶液置于70°C的水浴中，直至溶液中的水分完全蒸發(fā)，得到粘度IlOcp的 鐵氧體凝膠，然后與二氧化鈦凝膠按質(zhì)量比5:5混合，攪拌均勻；D、將混合凝膠自蔓延燃燒，除去其中的檸檬酸，得到黑色的摻雜鐵氧體-二氧化鈦復 合物前軀體，然后將前軀體在1200°C下煅燒池后，得到黑色粉末狀的摻雜鐵氧體-二氧化 鈦復合物；E、將摻雜鐵氧體-二氧化鈦復合物、碳納米管與噻吩單體按質(zhì)量比，加入到三氯甲烷 溶液中，超聲波振蕩3h，使它們混合均勻，然后加入無水氯化鐵，在0°C的冰浴中進行原位 化學氧化反應，反應20h;F、反應完成后，室溫下將溶劑蒸干，倒入2mol/L的HCI溶液，室溫攪拌20 h，抽濾，水 洗滌，重復2-3次，直至濾液澄清，將沉淀在70°C下真空干燥Mh，制得稀土摻雜鐵氧體-二 氧化鈦/聚噻吩/碳納米管復合物。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種稀土摻雜鐵氧體-二氧化鈦/聚噻吩/碳納米管微波吸 收劑的制備方法，其特征是所述的鋇與鑭的摩爾比為1 :(0. 02-0. 07)，鋇與釹的摩爾比為 1 (0. 03-0. 06)，鐵氧體與二氧化鈦的質(zhì)量比為3 :5，鐵氧體-二氧化鈦復合物與噻吩單體 的質(zhì)量比為0. 4:1，碳納米管與噻吩單體的質(zhì)量比為0. 4:1。
全文摘要
一種稀土摻雜鐵氧體-二氧化鈦/聚噻吩/碳納米管微波吸收劑的制備方法，其制備過程如下A、將硝酸鋇、硝酸鐵、硝酸釹和硝酸鑭溶于蒸餾水中，攪拌至溶解，得到澄清溶液；B、將計量比的檸檬酸加入上述溶液中；C、將淺綠色溶液置于70℃的水浴中，攪拌均勻；D、得到黑色粉末狀的摻雜鐵氧體-二氧化鈦復合物；E、制得稀土摻雜鐵氧體-二氧化鈦/聚噻吩/碳納米管復合物。本發(fā)明的優(yōu)點是本發(fā)明中摻雜稀土元素，能增加鐵氧體晶體的磁晶各向異性場，提高矯頑力，從而增加在交變電磁場中的磁滯損耗，使晶體的平均晶粒尺寸增大，從而使晶界電阻率減小，進而使晶體整體的電阻率減小，提高了渦流損耗，同時可以增加疇壁諧振損耗。
文檔編號C09K3/00GK102127392SQ20101056851
公開日2011年7月20日 申請日期2010年12月1日 優(yōu)先權日2010年12月1日
發(fā)明者洪小偉, 謝宇, 魏婭 申請人:南昌航空大學