一种同轴电缆结构MWCNT/Fe3O4/ZnO/PANI微波吸收剂的制备方法

摘要

一种同轴电缆结构MWCNT/Fe3O4/ZnO/PANI微波吸收剂的制备方法，它涉及一种微波吸收剂的制备方法。本发明是要解决现有方法制备的吸波材料由于只限于二元和三元，与基体结合力不够好，而导致吸波效果不好的问题，制备方法为：一、制备MWCNT/Fe3O4纳米材料；二、制备MWCNT/Fe3O4/ZnO复合粉体；三、制备复合物水溶液；四、制备过硫酸铵水溶液，然后滴加到复合物水溶液中，再在0～25℃的条件下恒温反应，然后进行磁分离，收集固相物，再干燥，得到同轴电缆结构MWCNT/Fe3O4/ZnO/PANI微波吸收剂，即完成本发明的制备方法。本发明应用于微波吸收材料领域。

说明书

技术领域

本发明涉及一种微波吸收剂的制备方法。

背景技术

由于近年来科学技术的飞速发展，高科技电子产品在改善人类生活的同时，伴随其产 生的电磁辐射也对人类身体健康带来严重危害，所以吸波材料在电视广播、电子器件及微 波辐射防护等民用方面的研究也日益受到重视。此外，随着现代探测和制导技术的发展，武 器生存能力面临严峻考验，为适应现代战争的需要，降低武器装备被发现概率的吸波技术 迅速成为世界各国的研究热点。

目前的微波吸收材料按损耗机理，可分为电损耗型和磁损耗型。对于电损耗型吸波材 料，电磁能主要衰减在材料的电阻和介电极化弛豫损耗上，这种吸波材料包括高分子导电 聚合物、石墨、碳化硅等。磁损耗型吸波材料包括铁氧体、羰基铁、多晶铁纤维等，其吸 波机理主要为磁滞损耗和铁磁共振损耗。但是现有的吸波材料只限于二元和三元，而且和 基体结合力不够好，吸波效果难以达到应用条件。

发明内容

本发明是要解决现有方法制备的吸波材料由于只限于二元和三元，与基体结合力不够 好，而导致吸波效果不好的问题，提供了一种同轴电缆结构MWCNT/Fe3O4/ZnO/PANI微 波吸收剂的制备方法。

本发明一种同轴电缆结构MWCNT/Fe₃O₄/ZnO/PANI微波吸收剂的制备方法，按以下步 骤进行：一、分别对多壁碳纳米管、乙酰丙酮铁以及三甘醇进行超声分散，然后混合；然 后在氮气作为保护气氛条件下加热至沸腾，反应20～60min后，进行磁分离，收集固相物， 再干燥，得到MWCNT/Fe₃O₄纳米材料；其中多壁碳纳米管与乙酰丙酮铁的质量比为1∶ (2～8)，多壁碳纳米管与三甘醇质量体积比为1mg∶(0.1mL～1mL)；

二、分别对步骤二得到的MWCNT/Fe₃O₄纳米材料、醋酸锌和三甘醇进行超声分散， 然后混合，然后在氮气作为保护气氛条件下加热至沸腾，反应20～60min后，进行磁分离， 收集固相物，再干燥，得到MWCNT/Fe₃O₄/ZnO复合粉体；其中MWCNT/Fe₃O₄纳米材料 与醋酸锌的质量比为1∶(2～8)，MWCNT/Fe₃O₄纳米材料与三甘醇的质量体积比为1mg∶ (0.1mL～1mL)；

三、将MWCNT/Fe₃O₄/ZnO复合粉体溶于超纯水中，然后超声分散10～20min，再在搅 拌的条件下加入苯胺，然后搅拌8～20min，得到复合物水溶液；其中MWCNT/Fe₃O₄/ZnO 复合粉体与苯胺的质量体积比为1mg∶(0.0001mL～0.002mL)；

四、称取过硫酸铵溶于超纯水中，得到过硫酸铵水溶液，然后在滴加速率为0.05-0.5 mL/s的条件下，将过硫酸铵水溶液滴加到复合物水溶液中，再在0～25℃的条件下恒温反应 2～10h，然后进行磁分离，收集固相物，再进行干燥，得到同轴电缆结构 MWCNT/Fe₃O₄/ZnO/PANI微波吸收剂，即完成同轴电缆结构MWCNT/Fe₃O₄/ZnO/PANI微 波吸收剂的制备方法；其中MWCNT/Fe₃O₄/ZnO复合粉体与过硫酸铵质量比为1∶(0.5～2)； 过硫酸铵与超纯水的质量体积比为(0.01g～0.04g)∶1mL。

本发明包含以下有益效果：

当吸波材料以介电材料和磁性材料在纳米尺度结合时，可大大提高材料的微波吸收性 能；此外，多界面体系中，因为界面极化作用的加强也会大大提高材料的吸波性能，本发 明为四元偶合体系，组分越多界面极化越强，可增强微波吸收效果；粉体吸波材料与粘结 剂分散性界面结合力不好，在同轴电缆结构的最外层是一层聚合物，可以使界面结合更好。 本发明制备的同轴电缆结构MWCNT/Fe₃O₄/ZnO/PANI微波吸收剂，采用多壁碳纳米管作为 最里层组分，具有良好的力学性能，可保证材料的力学性能；然后磁性材料Fe₃O₄原位组 装在碳纳米管表面，形成介电和磁性的耦合；次外层进行ZnO包壳处理，使半导体ZnO壳 层可优化界面结构增强吸收；最外层为介电损耗吸波材料聚苯胺(PANI)，其为导电聚合 物并且可以使界面的结合更好，因为粉体吸波材料要分散在环氧树脂中使用，聚苯胺作为 最外层可以与环氧树脂很好的结合，解决以往的粉体吸波材料与粘结剂分散性界面结合力 不好的问题。四种物质各自发挥作用又耦合在一起，增强电磁波吸收。

附图说明

图1为本试验制备的同轴电缆结构MWCNT/Fe₃O₄/ZnO/PANI微波吸收剂的TEM图；

图2为本试验制备的同轴电缆结构MWCNT/Fe₃O₄/ZnO/PANI微波吸收剂的EDS能谱 图。

具体实施方式

具体实施方式一：本实施方式一种同轴电缆结构MWCNT/Fe₃O₄/ZnO/PANI微波吸收剂 的制备方法，按以下步骤进行：一、分别对多壁碳纳米管、乙酰丙酮铁以及三甘醇进行超 声分散，然后混合；然后在氮气作为保护气氛条件下加热至沸腾，反应20～60min后，进行 磁分离，收集固相物，再干燥，得到MWCNT/Fe₃O₄纳米材料；其中多壁碳纳米管与乙酰 丙酮铁的质量比为1∶(2～8)，多壁碳纳米管与三甘醇质量体积比为1mg∶(0.1mL～1mL)；

二、分别对步骤二得到的MWCNT/Fe₃O₄纳米材料、醋酸锌和三甘醇进行超声分散， 然后混合，然后在氮气作为保护气氛条件下加热至沸腾，反应20～60min后，进行磁分离， 收集固相物，再干燥，得到MWCNT/Fe₃O₄/ZnO复合粉体；其中MWCNT/Fe₃O₄纳米材料 与醋酸锌的质量比为1∶(2～8)，MWCNT/Fe₃O₄纳米材料与三甘醇的质量体积比为1mg∶ (0.1mL～1mL)；

三、将MWCNT/Fe₃O₄/ZnO复合粉体溶于超纯水中，然后超声分散10～20min，再在搅 拌的条件下加入苯胺，然后搅拌8～20min，得到复合物水溶液；其中MWCNT/Fe₃O₄/ZnO 复合粉体与苯胺的质量体积比为1mg∶(0.0001mL～0.002mL)；

四、称取过硫酸铵溶于超纯水中，得到过硫酸铵水溶液，然后在滴加速率为0.05-0.5 mL/s的条件下，将过硫酸铵水溶液滴加到复合物水溶液中，再在0～25℃的条件下恒温反应 2～10h，然后进行磁分离，收集固相物，再进行干燥，得到同轴电缆结构 MWCNT/Fe₃O₄/ZnO/PANI微波吸收剂，即完成同轴电缆结构MWCNT/Fe₃O₄/ZnO/PANI微 波吸收剂的制备方法；其中MWCNT/Fe₃O₄/ZnO复合粉体与过硫酸铵质量比为1∶(0.5～2)； 过硫酸铵与超纯水的质量体积比为(0.01g～0.04g)∶1mL。

当吸波材料以介电材料和磁性材料在纳米尺度结合时，可大大提高材料的微波吸收性 能；此外，多界面体系中，因为界面极化作用的加强也会大大提高材料的吸波性能，本实 施方式为四元偶合体系，组分越多界面极化越强，可增强微波吸收效果；粉体吸波材料与 粘结剂分散性界面结合力不好，在同轴电缆结构的最外层是一层聚合物，可以使界面结合 更好。本实施方式制备的同轴电缆结构MWCNT/Fe₃O₄/ZnO/PANI微波吸收剂，采用多壁碳 纳米管作为最里层组分，具有良好的力学性能，可保证材料的力学性能；然后磁性材料Fe₃O₄原位组装在碳纳米管表面，形成介电和磁性的耦合；次外层进行ZnO包壳处理，使半导体 ZnO壳层可优化界面结构增强吸收；最外层为介电损耗吸波材料聚苯胺(PANI)，其为导 电聚合物并且可以使界面的结合更好，因为粉体吸波材料要分散在环氧树脂中使用，聚苯 胺作为最外层可以与环氧树脂很好的结合，解决以往的粉体吸波材料与粘结剂分散性界面 结合力不好的问题。四种物质各自发挥作用又偶合在一起，增强电磁吸收。

具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是步骤一中的多壁碳纳米管直 径为30～60nm，长度为5～25μm。其他步骤和参数与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是步骤一得到的 MWCNT/Fe₃O₄纳米材料中Fe₃O₄层的厚度为2～8nm。其他步骤和参数与具体实施方式一或 二相同。

具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是步骤一和步骤二中 加热的速率为4℃/min。其他步骤和参数与具体实施方式一至三之一相同。

具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是步骤二得到的 MWCNT/Fe₃O₄/ZnO复合粉体中ZnO层厚度为1～7nm。其他步骤和参数与具体实施方式一 至四之一相同。

具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是步骤四得到的同轴 电缆结构MWCNT/Fe₃O₄/ZnO/PANI微波吸收剂中PANI层厚度为5～30nm。其他步骤和参 数与具体实施方式一至五之一相同。

具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至六之一不同的是步骤一、二和四中 的磁分离为使用超顺磁铁吸附，然后水洗2～3次、再无水乙醇洗2～3次。其他步骤和参数 与具体实施方式一至六之一相同。

具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一至七之一不同的是步骤一、二和四中 的干燥为在30℃～40℃的条件下干燥。其他步骤和参数与具体实施方式一至七之一相同。

通过以下试验验证本发明的有益效果：

试验1：本发明一种同轴电缆结构MWCNT/Fe₃O₄/ZnO/PANI微波吸收剂的制备方法， 按以下步骤进行：一、分别对100mg多壁碳纳米管、400mg乙酰丙酮铁以及25mL三甘醇 进行超声分散10min，然后混合；然后通入N₂作为保护气氛，5min后按照速率为4℃/min 进行加热至沸腾，反应40min后，进行磁分离，收集固相物，再在30℃～40℃的条件下干 燥，得到MWCNT/Fe₃O₄纳米材料；

二、分别对100mg步骤二得到的MWCNT/Fe₃O₄纳米材料、400mg醋酸锌和25mL三 甘醇进行超声分散10min，然后混合，再通N₂作为保护气氛，5min后按照速率为4℃/min 进行加热至沸腾，反应40min后，进行磁分离，收集固相物，再在30℃～40℃的条件下干 燥，得到MWCNT/Fe₃O₄/ZnO复合粉体；

三、将50mgMWCNT/Fe₃O₄/ZnO复合粉体溶于25mL超纯水，然后超声分散15min， 再在搅拌的条件下加入0.04mL苯胺，然后搅拌10min，得到复合物水溶液；

四、称取0.092g过硫酸铵溶于5mL超纯水中，得到过硫酸铵水溶液，然后在滴加速率 为0.05-0.5mL/s的条件下滴加到复合物水溶液中，再在4℃的条件下恒温反应6h，然后进 行磁分离，收集固相物，再在30℃～40℃的条件下干燥，得到同轴电缆结构 MWCNT/Fe₃O₄/ZnO/PANI微波吸收剂，即完成同轴电缆结构MWCNT/Fe₃O₄/ZnO/PANI微 波吸收剂的制备方法。

图1为本试验制备的同轴电缆结构MWCNT/Fe₃O₄/ZnO/PANI微波吸收剂的TEM图， 从图中可以看出PANI包覆效果良好，无粒子脱落现象。

图2为本试验制备的同轴电缆结构MWCNT/Fe₃O₄/ZnO/PANI微波吸收剂的EDS能谱 图，图2纵坐标光电子数为单位能量内每秒计数，从图中可以看出，样品中氮的含量高达 28.28％，且体系中只有聚苯胺含有氮元素，这进一步证明了通过此种方法，可以实现聚苯 胺对复合物的包覆。

本试验制备的同轴电缆结构MWCNT/Fe₃O₄/ZnO/PANI微波吸收剂，采用多壁碳纳米管 作为最里层组分，具有良好的力学性能，可保证材料的力学性能；然后磁性材料Fe₃O₄原 位组装在碳纳米管表面，形成介电和磁性的耦合；次外层进行ZnO包壳处理，使半导体ZnO 壳层可优化界面结构增强吸收；最外层为介电损耗吸波材料聚苯胺(PANI)，其为导电聚 合物并且可以使界面的结合更好，因为粉体吸波材料要分散在环氧树脂中使用，聚苯胺作 为最外层可以与环氧树脂很好的结合，解决以往的粉体吸波材料与粘结剂分散性界面结合 力不好的问题。四种物质各自发挥作用又偶合在一起，增强电磁吸收。