大尺寸磁各向异性修饰的Fe@SiO2@Fe多支结构吸波材料及其制备和应用制造技术

本发明专利技术涉及一种大尺寸磁各向异性修饰的Fe@SiO2@Fe多支结构吸波材料及其制备和应用，其采用立方体的氧化铁为模板，二氧化硅通过表面曲率控制包覆成多支状结构，随后以水热方法在其表面通过配位键和的方式包覆各向异性的四氧化三铁颗粒，最后高温氢氩气环境下还原制得大尺寸的铁颗粒修饰的多支蛋黄

【技术实现步骤摘要】
大尺寸磁各向异性修饰的Fe@SiO2@Fe多支结构吸波材料及其制备和应用


[0001]本专利技术属于吸波材料
，涉及一种大尺寸磁各向异性修饰的Fe@SiO2@Fe多支结构吸波材料及其制备和应用。

技术介绍

[0002]随着高频5G/6G通讯技术的发展，高频电磁波产生的抗污染压力已成为一个紧迫的问题，宽频吸波材料有望解决这种难题。迄今为止，结构设计和成分调控已经被广泛用于扩展电磁波吸收频带。双壳结构可以通过引入可控的异质结接触和快速的电子传输通道来提高电导率，但是目前报道的文献大多以介电组分包覆磁组分为主，这损害了材料的磁损耗能力，导致阻抗匹配失衡，吸收带宽大大缩小。磁组分负载的吸波材料少的原因主要是介电组分表面功能基团较少并且负载的磁颗粒容易团，可以通过负载磁性材料前驱体再还原的方式解决这些问题。但是由于引入的磁性颗粒比较小，影响了材料的磁耦合能力，使整体磁响应范围大大缩减。因此利用有效的策略实现更宽的吸收带宽仍然是目前需要突破的瓶颈。
[0003]专利CN108046277A报道了一种微米级中空磁性二氧化硅微球的制备方法，可以得到内外四氧化三铁纳米颗粒包覆的二氧化硅微球，但是由于其未经过还原气氛退火步骤，整体磁性较弱。Xiaohui Li等报道了一种中空蝌蚪状Fe@SiO2@C
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Ni材料，将PDA
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Ni2+壳层还原得到磁性包覆层，得到的最强的反射损耗值为
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45.2dB，13.1GHz极宽的有效吸收带宽，但由于其包覆的磁性颗粒较小，在2
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18GHz内仍不能达到覆盖90％以上。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的就是为了提供一种大尺寸磁各向异性修饰的Fe@SiO2@Fe多支结构吸波材料及其制备和应用。
[0005]本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：
[0006]本专利技术的技术方案之一提供了一种大尺寸磁各向异性修饰的Fe@SiO2@Fe多支结构吸波材料的制备方法，包括以下步骤：
[0007](1)称取聚乙烯吡咯烷酮溶于戊醇中，依次加入氧化铁的水分散液、柠檬酸钠水溶液、氨水、无水乙醇和正硅酸乙酯，摇晃均匀后静置，随后离心、洗涤、干燥，得到Fe2O3@SiO2粉末；
[0008](2)将Fe2O3@SiO2粉末重新分散于丙酮中，加入二茂铁，超声，随后加入双氧水，继续搅拌，得到前驱体溶液；
[0009](3)将前驱体溶液进行水热反应，所得反应产物分离、洗涤、干燥，得到Fe2O3@SiO2@Fe3O4粉末；
[0010](4)将Fe2O3@SiO2@Fe3O4粉末在氢氩气氛下退火，即得到目标产物。
[0011]进一步的，步骤(1)中，氧化铁为立方体形状氧化铁。
[0012]进一步的，步骤(1)中，聚乙烯吡咯烷酮与戊醇的添加量之比为(0.8～1.2)g：10mL，优选为1g：10mL。
[0013]进一步的，步骤(1)中，氧化铁的水分散液的质量分数为0.08～0.12g/mL，优选为0.1g/mL，氧化铁的水分散液与戊醇的体积比为(2～4)：1000，优选为3：1000。
[0014]进一步的，步骤(1)中，柠檬酸钠水溶液的浓度为0.15～0.25mol/L，优选为0.2mol/L，柠檬酸钠水溶液与戊醇的体积比为(0.8～1.2)：100，优选为1:100。
[0015]进一步的，步骤(1)中，氨水的质量分数为25～28％，无水乙醇的纯度≥99.7％，且氨水、无水乙醇、正硅酸乙酯三者与戊醇的体积比分别为(1.5～2.5):100、(0.8～1.2):10、(0.8～1.2):100，可分别优选为2:100、1:10、1:100。
[0016]进一步的，步骤(1)中，静置的温度为50～70℃，优选为60℃，时间为1～3h，优选为2h。
[0017]进一步的，步骤(2)中，Fe2O3@SiO2粉末与丙酮的添加量之比为(40～60)mg：15mL，优选为50mg：15mL。
[0018]进一步的，步骤(2)中，二茂铁和Fe2O3@SiO2粉末的质量比为(0.5～2)：1。
[0019]进一步的，步骤(2)中，双氧水的浓度为25～35wt％，双氧水与丙酮的体积比为(425μL～1.7mL)：15mL。
[0020]进一步的，步骤(2)中，继续搅拌的时间为0.5～3h。
[0021]进一步的，步骤(3)中，水热反应的温度为200～250℃，优选为220℃，时间为12～36h，优选为24h。
[0022]进一步的，步骤(4)中，氢氩气氛中氢气的体积分数为4～6％，优选为5％，退火温度为700～900℃，优选为800℃，时间为3～5h，优选为4h。
[0023]本专利技术的技术方案之二提供了一种大尺寸磁各向异性修饰的Fe@SiO2@Fe多支结构吸波材料，其采用如上所述的制备方法制备得到。其采用立方体的氧化铁为模板，二氧化硅通过表面曲率控制包覆形成多支状结构，随后以水热方法在其表面通过配位键和的方式包覆各向异性的四氧化三铁颗粒，最后在高温氢氩气氛下还原制得大尺寸的铁颗粒修饰的多支蛋黄
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壳结构。
[0024]本专利技术的技术方案之三提供了一种大尺寸磁各向异性修饰的Fe@SiO2@Fe多支结构吸波材料在微波吸收领域中的应用。
[0025]本专利技术通过研究发现，磁性负载的核壳结构能有效提高材料的磁损耗，但是包覆的均一性和磁性提升范围有限仍然目前需要解决的问题。因此我们通过调控二氧化硅与四氧化三铁之间的相互作用力平衡，可以在各向异性表面实现均匀包覆，通过在还原气氛下退火，一步实现内外部的铁氧化物还原成强磁性单质铁，提高材料的磁性。表面的大尺寸各向异性铁颗粒和内部的铁核构成了多尺度的磁耦合体系，极大地扩大了磁响应范围，提高整体磁损耗。表面磁颗粒还可以形成导电网络，而柯肯达尔效应产生的中空结构使电磁波在进入吸波体后发生多重反射，双层蛋黄
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壳结构诱导形成多级界面极化，这些机制使材料获得了较高的介电损耗。通过约束介电损耗和磁损耗的平衡使材料达到优越的阻抗匹配程度，从而大幅拓宽它的微波吸收带宽。
[0026]本专利技术利用表面曲率的不同诱导在立方体状的核外部生长圆柱体状的二氧化硅，通过二氧化硅表面相互作用力的调控，成功实现各向异性磁颗粒的均匀负载，采用一步还
原提高体系磁性的同时，获得了大尺寸磁性均匀包覆的多支结构。这种大尺寸磁各向异性修饰的Fe@SiO2@Fe多支结构吸波材料在微波吸收领域上表现出优异的综合性能。
[0027]与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：
[0028](1)本专利技术提供的大尺寸磁各向异性修饰的Fe@SiO2@Fe多支结构材料应用于微波吸收领域，具有超宽微波吸收带宽的优点，其有效吸收带宽(反射损耗值小于
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10dB)在2
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18GHz范围内覆盖15.32GHz，在厚度为3.02mm时最强反射损耗值可达到<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种大尺寸磁各向异性修饰的Fe@SiO2@Fe多支结构吸波材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)称取聚乙烯吡咯烷酮溶于戊醇中，依次加入氧化铁的水分散液、柠檬酸钠水溶液、氨水、无水乙醇和正硅酸乙酯，摇晃均匀后静置，随后离心、洗涤、干燥，得到Fe2O3@SiO2粉末；(2)将Fe2O3@SiO2粉末重新分散于丙酮中，加入二茂铁，超声，随后加入双氧水，继续搅拌，得到前驱体溶液；(3)将前驱体溶液进行水热反应，所得反应产物分离、洗涤、干燥，得到Fe2O3@SiO2@Fe3O4粉末；(4)将Fe2O3@SiO2@Fe3O4粉末在氢氩气氛下退火，即得到目标产物。2.根据权利要求1所述的一种大尺寸磁各向异性修饰的Fe@SiO2@Fe多支结构吸波材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，聚乙烯吡咯烷酮与戊醇的添加量之比为(0.8～1.2)g：10mL。3.根据权利要求1所述的一种大尺寸磁各向异性修饰的Fe@SiO2@Fe多支结构吸波材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，氧化铁的水分散液的质量分数为0.08～0.12g/mL，氧化铁的水分散液与戊醇的体积比为(2～4)：1000；柠檬酸钠水溶液的浓度为0.15～0.25mol/L，柠檬酸钠水溶液与戊醇的体积比为(0.8～1.2)：100；氨水的质量分数为25～28％，无水乙醇的纯度≥99.7％，且氨水、无水乙醇、正硅酸乙酯三者与戊醇的体积比分别为(1.5～2.5):100、(0.8～1.2):10、(0.8～1.2):100...

【专利技术属性】
技术研发人员：车仁超，方界凤，张捷，
申请(专利权)人：复旦大学，
类型：发明
国别省市：