一种含碳微球结构电磁波吸收超材料及其制备方法与应用技术

本发明专利技术涉及一种含碳微球结构电磁波吸收超材料及其制备方法与应用，本发明专利技术采用共沉淀原位自组装技术，通过高温煅烧，制备内部填充碳微球阵列的四氧化三铁电磁波吸收超材料，具体是将铁源、分散剂、聚合物微球加入去离子水中，搅拌后向溶液中加入沉淀剂，再经过超声搅拌制得磁性Fe3O4溶胶，再对该溶胶进行减压抽滤，滤饼经过洗涤、干燥、研磨后，Fe3O4与聚合物微球自组装得到超材料前驱体，将该超材料前驱体放入高温管式炉中煅烧，冷却后即得到含碳微球结构电磁波吸收超材料。该材料在1～18GHz频带内，对电磁波有较强的损耗功能，满足“薄、轻、宽、强”等特点。等特点。等特点。

【技术实现步骤摘要】
一种含碳微球结构电磁波吸收超材料及其制备方法与应用


[0001]本专利技术涉及电磁波吸收材料
，具体是一种含碳微球结构电磁波吸收超材料及其制备方法与应用。

技术介绍

[0002]随着我国科学技术的发展，各种各样的信息传输与通信工具、计算机和家用电器大量地进入到了人们的生活，互联网服务与社会生活的融合程度日益加深。据报告显示，截至2021年6月，我国网民规模已经达到了10.11亿，而这其中有多达10.07亿用户都是手机网民，这足以证明智能手机在互联网普及中的巨大作用。在迅速崛起的移动互联网时代，人类在享受现代化带来的快捷、方便、舒适和信息技术所带来的巨大益处的同时，接触和暴露于由各种电器产生的电磁场的机会也在逐步增多，人们正受到恶化的电磁环境给身心健康所带来的潜在威胁。电磁波辐射已被世卫组织列为继水源、大气、噪声之后的第四大环境污染源，成为危害人类健康的“隐形杀手”，长期暴露在某些对人体有害频段的电磁波环境中，会引起头晕目眩、记忆力减退、耳鸣等现象，有些电磁波会破坏免疫系统，增加致癌的机率，甚至有些短时间内完全暴露可直接致死。因此，治理电磁污染，寻找一种能屏蔽并削弱电磁波辐射的材料已成为材料科学的一大课题。电磁吸波材料是能够吸收或者大幅减弱其表面接收到的电磁波能量，从而减少电磁波干扰的一类材料，它能将电磁能转化成热能耗散掉，以达到减少甚至吸收电磁波的目的。

技术实现思路

[0003]为解决上述问题，本专利技术提供一种含碳微球结构电磁波吸收超材料及其制备方法与应用，本专利技术采用共沉淀原位自组装技术，通过高温煅烧，制备内部填充碳微球阵列的四氧化三铁电磁波吸收超材料，该材料在1～18GHz频带内，对电磁波有较强的损耗功能，满足“薄、轻、宽、强”等特点，即该材料的厚度薄，质量轻，吸波频段宽，吸波强度强，这是一种新型电磁波吸收超材料，在电磁辐射防护
具有良好的应用价值和市场前景。
[0004]本专利技术的目的之一是提供一种含碳微球结构电磁波吸收超材料的制备方法，该方法具体包括以下步骤：
[0005](1)将一定质量的分散剂溶于适量去离子水中，搅拌均匀；
[0006](2)将一定质量的铁源、聚合物微球加入步骤(1)得到的溶液中，室温下搅拌均匀后得到溶液A，向溶液A中加入一定量沉淀剂并控制滴加速度，滴加沉淀剂的同时超声搅拌，制得磁性Fe3O4溶胶，将该溶胶搅拌均匀后，以硅藻土为过滤介质对该溶胶进行减压抽滤，其中Fe3O4纳米晶与聚合物微球自组装排列形成超材料结构。先后采用去离子水、乙醇对抽滤后得到的滤饼进行洗涤，之后将洗涤得到的滤渣沉淀置于真空干燥箱中于40～60℃条件下干燥1～3h，干燥结束后对所得固体物料进行研磨，得到超材料前驱体，备用；
[0007](3)将步骤(2)得到的超材料前驱体放入高温管式炉中，在N2氛围保护下，于400～500℃煅烧4～6h，之后冷却至室温，得到黑色磁性粉体，将该黑色磁性粉体研磨后过200目
筛子，过筛后的黑色磁性粉体即为含碳微球结构电磁波吸收超材料。
[0008]进一步的，步骤(1)中分散剂包括羧甲基纤维素钠、羟乙基纤维素、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙二醇400、聚乙二醇2000、聚乙二醇4000等中的一种或多种；
[0009]进一步的，步骤(2)中铁源包括Fe
2+
铁源、Fe
3+
铁源，且Fe
2+
铁源与Fe
3+
铁源的物质的量之比为1:1.8；
[0010]进一步的，步骤(2)中溶液A中铁源的质量分数为2～5％，分散剂的质量分数为10～20％，聚合物微球的质量分数为2～5％；
[0011]进一步的，步骤(2)中沉淀剂与铁源的物质的量之比为2:1；
[0012]进一步的，步骤(2)中Fe
2+
铁源包括氯化亚铁、硫酸亚铁、硝酸亚铁中的一种或多种；Fe
3+
铁源包括三氯化铁、硫酸铁、硝酸铁中的一种或多种；
[0013]进一步的，步骤(2)中沉淀剂包括浓度为0.5mol
·
L
‑1的氢氧化钾溶液、质量分数为10％的氨水中的一种或多种；
[0014]进一步的，步骤(2)中沉淀剂的滴加速度为30～60滴/分钟；
[0015]进一步的，步骤(2)中超声搅拌的时间为10～30min；
[0016]进一步的，步骤(2)中的聚合物微球为聚苯乙烯、聚苯乙烯/甲基丙烯酸、聚苯乙烯/丙烯酸甲酯、聚苯乙烯/甲基丙烯酸甲酯微球中的一种或多种；
[0017]进一步的，步骤(2)中的聚合物微球表面光滑无孔，粒径为200～1000nm。
[0018]进一步的，步骤(2)中表面光滑无孔的聚合物微球为自制，制备方法如下：
[0019]制备聚苯乙烯微球：量取20mL的苯乙烯单体并将其转移到250mL的分液漏斗中，用质量分数5％的氢氧化钠溶液洗涤3
‑
4次之后再用蒸馏水洗涤6
‑
7次，测得分液漏斗中苯乙烯单体的pH为中性后则将其转移到三口烧瓶中，然后向该三口烧瓶中加入150mL蒸馏水，在50～70℃下水浴加热，同时通入氮气并磁力搅拌三口烧瓶内的溶液，通氮气10min后，称取0.108g过硫酸铵溶于10mL蒸馏水中，并用吸管将过硫酸铵溶液缓慢滴加到上述三口烧瓶内，滴加结束后再通入10min氮气，可以看到三口烧瓶中的溶液发蓝之后变为乳白色，7～9h后停止反应，将三口烧瓶内的溶液进行离心，用蒸馏水洗涤离心分离所得沉淀，收集离心所得沉淀并将其放在烘箱中于50～60℃下干燥2
‑
3天，干燥所得固体经研磨即得到聚苯乙烯微球。
[0020]制备聚苯乙烯/甲基丙烯酸、聚苯乙烯/丙烯酸甲酯、聚苯乙烯/甲基丙烯酸甲酯微球：量取20mL的苯乙烯单体并将其转移到250mL的分液漏斗中，用质量分数5％的氢氧化钠溶液洗涤3
‑
4次之后再用蒸馏水洗涤6
‑
7次，测得分液漏斗中苯乙烯单体的pH为中性后则将其转移到三口烧瓶中，然后向该三口烧瓶中分别加入4mL第二种单体以及150mL蒸馏水，在50～70℃下水浴加热，同时通入氮气并磁力搅拌三口烧瓶内的溶液，通氮气10min后，称取0.108g过硫酸铵溶于10mL蒸馏水中，并用吸管将过硫酸铵溶液缓慢滴加到上述三口烧瓶内，滴加结束后再通入10min氮气，可以看到三口烧瓶中的溶液发蓝之后变为乳白色，7～9h后停止反应，将三口烧瓶内的溶液进行离心，用蒸馏水洗涤离心分离所得沉淀，收集离心所得沉淀并将其放在烘箱中于50～60℃下干燥2
‑
3天，干燥所得固体经研磨即得到聚合物微球。当第二种单体分别为甲基丙烯酸、丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯时，则制备得到的聚合物微球对应为聚苯乙烯/甲基丙烯酸微球、聚苯乙烯/丙烯酸甲酯微球、聚苯乙烯/甲基丙烯酸甲酯微球。
[0021]本专利技术的目的还在于提供一种按照上述方法制备的含碳微球结构电磁波吸收超材料以及该含碳微球结构电磁波吸收超材料作为电磁波吸本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种含碳微球结构电磁波吸收超材料的制备方法，其特征在于具体包括以下步骤：(1)将一定质量的分散剂溶于适量去离子水中，搅拌均匀；(2)将一定质量的铁源、聚合物微球加入步骤(1)得到的溶液中，室温下搅拌均匀后得到溶液A，向溶液A中加入一定量沉淀剂并控制滴加速度为30～60滴/分钟，滴加沉淀剂的同时超声搅拌，制得磁性Fe3O4溶胶，将该溶胶搅拌均匀后，以硅藻土为过滤介质对该溶胶进行减压抽滤，先后采用去离子水、乙醇对抽滤后得到的滤饼进行洗涤，之后将洗涤得到的滤渣沉淀置于真空干燥箱中于40～60℃条件下干燥1～3h，干燥结束后对所得固体物料进行研磨，得到超材料前驱体，备用；(3)将步骤(2)得到的超材料前驱体放入高温管式炉中，在N2氛围保护下，于400～500℃煅烧4～6h，之后冷却至室温，得到黑色磁性粉体，将该黑色磁性粉体研磨后过200目筛子，过筛后的黑色磁性粉体即为含碳微球结构电磁波吸收超材料。2.如权利要求1所述的含碳微球结构电磁波吸收超材料的制备方法，其特征在于步骤(2)中铁源包括Fe
2+
铁源、Fe
3+
铁源，且Fe
2+
铁源与Fe
3+
铁源的物质的量之比为1:1.8。3.如权利要求1所述的含碳微球结构电磁波吸收超材料的制备方法，其特征在于步骤(2)中溶液A中铁源的...

【专利技术属性】
技术研发人员：张嘉昊，张拦，王璐，马逍，许艳杰，苗亚磊，刘娥，宋文波，王楠，武星，高子涵，杨宏志，
申请(专利权)人：洛阳理工学院，
类型：发明
国别省市：