一种碳包覆Fe3O4微球吸波材料的制备方法

摘要

一种碳包覆Fe3O4微球吸波材料的制备方法，涉及一种吸波材料的制备方法。是要解决目前Fe3O4介电常数较低，难以实现阻抗匹配，而导致电磁波吸收性差的问题。方法：一、制备Fe3O4微球；二、制备酚醛树脂包覆Fe3O4微球；三、制备碳包覆Fe3O4微球。本发明制备的碳与Fe3O4核壳结构吸波材料的介电常数实部大于18，介电常数虚部在低频主要在0左右，有利于实现阻抗匹配，增强吸波性能；本发明制备碳与Fe3O4核壳结构复合材料可用于电磁波吸收领域。

权利要求

1.一种碳包覆Fe3O4微球吸波材料的制备方法，其特征在于该方法按以下步骤进行：

一、制备Fe3O4微球：将1～5g的FeCl3·6H2O溶入50～100mL的有机溶剂中，搅拌均匀得溶液A；将1～5g的沉淀剂溶于50～100mL的有机溶剂中，搅拌均匀得溶液B，将所得的溶液A与溶液B混合，搅拌均匀，得混合溶液，将所得混合溶液装入聚四氟乙烯高压反应釜中，在100～200℃反应12～24h，得产物A，然后先用蒸馏水洗涤所得产物A，再用无水乙醇洗涤产物A，最后干燥得到Fe3O4微球；

二、酚醛树脂包覆Fe3O4微球的制备：将0.5～2g步骤一获得的Fe3O4微球放入112.4mL的溶剂中，进行超声分散，分散均匀后，依次加入0.05～0.6g的间苯二酚和0.07～0.84mL的甲醛，室温下反应12～48h，反应过程中进行机械搅拌，得产物B，然后先用蒸馏水洗涤所得产物B，再用无水乙醇洗涤产物B，最后干燥得到酚醛树脂包覆的Fe3O4微球；

三、碳包覆Fe3O4微球的制备：将酚醛树脂包覆的Fe3O4微球放入管式炉中进行碳化，以氮气或惰性气体为保护气，以1～5℃/min的速度升温至400～800℃，保持4h，即得碳包覆的Fe3O4微球；其中步骤一中所述有机溶剂为乙二醇、丙三醇中的一种或两种按任意比组成的混合物；步骤一中所述沉淀剂为无水醋酸钠、结晶乙酸钠、柠檬酸钠中的一种或几种按任意比组成的混合物；步骤二中所述溶剂由80mL去离子水、32mL无水乙醇和0.4mL质量浓度为25％的氨水组成。

2.根据权利要求1所述的一种碳包覆Fe3O4微球吸波材料的制备方法，其特征在于步骤二中依次加入0.1～0.4g的间苯二酚和0.14～0.56mL的甲醛。

3.根据权利要求1所述的一种碳包覆Fe3O4微球吸波材料的制备方法，其特征在于步骤二中依次加入0.15～0.2g的间苯二酚和0.21～0.28mL的甲醛。

4.根据权利要求1所述的一种碳包覆Fe3O4微球吸波材料的制备方法，其特征在于步骤三中以2～4℃/min的速度升温至600～700℃。

5.根据权利要求1所述的一种碳包覆Fe3O4微球吸波材料的制备方法，其特征在于步骤三中以3℃/min的速度升温至650℃。

说明书

一种碳包覆Fe3O4微球吸波材料的制备方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种吸波材料的制备方法。

背景技术

[0002] Fe3O4是常见的铁氧体材料之一，并被广泛应用于电磁波吸收领域，然而未经处理的Fe3O4通常介电常数较低，介电常数实部不超过5，介电常数虚部不超过2.5，难以实现阻抗匹配，因此电磁波吸收性能受到极大限制。为改善Fe3O4的阻抗匹配特性，需要进一步提高其介电常数。碳系材料具有较高的介电常数，与Fe3O4制备复合材料不仅可大大改善Fe3O4介电常数，碳系材料也是常见的介电损耗型电磁波吸收剂，同样对微波有良好的衰减性能。因此通过将碳系材料包覆在Fe3O4外层即可实现对电磁波吸收性能的改善。

[0003] 因此，设计合理的碳材料与Fe3O4复合微波吸收剂的微观结构，可有效调节复合材料的介电常数，并同时引入介电损耗和磁损耗对入射微波进行衰减，对吸波性能有极大提高，拓展其应用具有重要意义。

发明内容

[0004] 本发明是要解决目前Fe3O4介电常数较低，难以实现阻抗匹配，而导致电磁波吸收性差的问题，提供一种碳包覆Fe3O4微球吸波材料的制备方法。

[0005] 本发明碳包覆Fe3O4微球吸波材料的制备方法，按以下步骤进行：

[0006] 一、制备Fe3O4微球：将1～5g的FeCl3·6H2O溶入50～100mL的有机溶剂中，搅拌均匀得溶液A；将1～5g的沉淀剂溶于50～100mL的有机溶剂中，搅拌均匀得溶液B，将所得的溶液A与溶液B混合，搅拌均匀，得混合溶液，将所得混合溶液装入聚四氟乙烯高压反应釜中，在100～200℃反应12～24h，得产物A，然后先用蒸馏水洗涤所得产物A，再用无水乙醇洗涤产物A，最后干燥得到Fe3O4微球；

[0007] 二、酚醛树脂包覆Fe3O4微球的制备：将0.5～2g步骤一获得的Fe3O4微球放入112.4mL的溶剂中，进行超声分散，分散均匀后，依次加入0.05～0.6g的间苯二酚和0.07～0.84mL的甲醛，室温下反应12～48h，反应过程中进行机械搅拌，得产物B，然后先用蒸馏水洗涤所得产物B，再用无水乙醇洗涤产物B，最后干燥得到酚醛树脂包覆的Fe3O4微球；

[0008] 三、碳包覆Fe3O4微球的制备：将酚醛树脂包覆的Fe3O4微球放入管式炉中进行碳化，以氮气或惰性气体为保护气，以1～5℃/min的速度升温至400～800℃，保持4h，即得碳包覆的Fe3O4微球。

[0009] 本发明的优点为：

[0010] 本发明利用间接合成法实现碳与Fe3O4复合吸波材料的制备，解决了当前碳与Fe3O4类吸波材料仅为简单复合的现状，实现通过形貌与结构设计调节复合材料的介电常数，改善阻抗匹配，增强电磁波吸收性能的目的。常规Fe3O4微球的介电常数实部范围小于6，介电常数虚部不超过2.5；本发明制备的碳与Fe3O4核壳结构吸波材料的介电常数实部大于18，介电常数虚部在低频主要在0左右，有利于实现阻抗匹配，增强吸波性能；本发明制备碳与Fe3O4核壳结构复合材料可用于电磁波吸收领域。

附图说明

[0011] 图1为实施例1制备的碳包覆的Fe3O4微球的扫描电子显微镜照片；图2为实施例1制备的碳包覆的Fe3O4微球中Fe3O4被溶解后碳壳的透射电子显微镜照片；图3为实施例2制备的碳包覆的Fe3O4微球的扫描电子显微镜照片；图4为实施例2制备的碳包覆的Fe3O4微球中Fe3O4被溶解后碳壳的透射电子显微镜照片；图5为实施例3制备的碳包覆的Fe3O4微球的扫描电子显微镜照片；图6为实施例3制备的碳包覆的Fe3O4微球中Fe3O4被溶解后碳壳的透射电子显微镜照片；图7为实施例1、2和3制备的碳包覆的Fe3O4微球的XRD图；
图8为实施例4制备的碳包覆的Fe3O4微球的扫描电子显微镜照片；图9为实施例5和实施例6制备的碳包覆的Fe3O4微球的介电常数实部图；图10为实施例5和实施例6制备的碳包覆的Fe3O4微球的介电常数虚部图；图11为实施例7和实施例8制备的碳包覆的Fe3O4微球的介电常数实部图；图12为实施例7和实施例8制备的碳包覆的Fe3O4微球的介电常数虚部图。

具体实施方式

[0012] 本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意组合。

[0013] 具体实施方式一：本实施方式碳包覆Fe3O4微球吸波材料的制备方法，按以下步骤进行：

[0014] 一、制备Fe3O4微球：将1～5g的FeCl3·6H2O溶入50～100mL的有机溶剂中，搅拌均匀得溶液A；将1～5g的沉淀剂溶于50～100mL的有机溶剂中，搅拌均匀得溶液B，将所得的溶液A与溶液B混合，搅拌均匀，得混合溶液，将所得混合溶液装入聚四氟乙烯高压反应釜中，在100～200℃反应12～24h，得产物A，然后先用蒸馏水洗涤所得产物A，再用无水乙醇洗涤产物A，最后干燥得到Fe3O4微球；

[0015] 二、酚醛树脂包覆Fe3O4微球的制备：将0.5～2g步骤一获得的Fe3O4微球放入112.4mL 的溶剂中，进行超声分散，分散均匀后，依次加入0.05～0.6g的间苯二酚和0.07～0.84mL的甲醛，室温下反应12～48h，反应过程中进行机械搅拌，得产物B，然后先用蒸馏水洗涤所得产物B，再用无水乙醇洗涤产物B，最后干燥得到酚醛树脂包覆的Fe3O4微球；

[0016] 三、碳包覆Fe3O4微球的制备：将酚醛树脂包覆的Fe3O4微球放入管式炉中进行碳化，以氮气或惰性气体为保护气，以1～5℃/min的速度升温至400～800℃，保持4h，即得碳包覆的Fe3O4微球。

[0017] 具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤一中所述有机溶剂为乙二醇、丙三醇中的一种或两种按任意比组成的混合物。其它与具体实施方式一相同。

[0018] 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：步骤一中所述沉淀剂为无水醋酸钠、结晶乙酸钠、柠檬酸钠中的一种或几种按任意比组成的混合物。其它与具体实施方式一或二相同。

[0019] 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：步骤二中所述溶剂由80mL去离子水、32mL无水乙醇和0.4mL质量浓度为25％的氨水组成。其它与具体实施方式一至三之一相同。

[0020] 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：步骤二中依次加入0.1～0.4g的间苯二酚和0.14～0.56mL的甲醛。其它与具体实施方式一至四之一相同。

[0021] 具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是：步骤二中依次加入0.15～0.2g的间苯二酚和0.21～0.28mL的甲醛。其它与具体实施方式一至四之一相同。

[0022] 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：步骤三中以2～4℃/min的速度升温至600～700℃。其它与具体实施方式一至六之一相同。

[0023] 具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一至六之一不同的是：步骤三中以3℃/min的速度升温至650℃。其它与具体实施方式一至六之一相同。

[0024] 实施例1：

[0025] 本实施例碳包覆Fe3O4微球吸波材料的制备方法，按以下步骤进行：

[0026] 一、制备Fe3O4微球：将2.7g的FeCl3·6H2O溶入70mL的乙二醇中，搅拌均匀得溶液A；将5g的无水醋酸钠溶于30mL的乙二醇中，搅拌均匀得溶液B，将所得的溶液A与溶液B混合，搅拌均匀，得混合溶液，将所得混合溶液装入聚四氟乙烯高压反应釜中，在200℃反应24h，得产物A，然后先用蒸馏水洗涤所得产物A至水澄清，再用无水乙醇洗涤产物A，最后干燥得到Fe3O4微球；

[0027] 二、酚醛树脂包覆Fe3O4微球的制备：将1g步骤一获得的Fe3O4微球放入112.4mL 的溶剂中，进行超声分散，分散均匀后，依次加入0.6g的间苯二酚和0.84mL的甲醛，室温下反应24h，反应过程中进行机械搅拌，得产物B，然后先用蒸馏水洗涤所得产物B至水澄清，再用无水乙醇洗涤产物B，最后干燥得到酚醛树脂包覆的Fe3O4微球；

[0028] 三、碳包覆Fe3O4微球的制备：将酚醛树脂包覆的Fe3O4微球放入管式炉中进行碳化，以氮气或惰性气体为保护气，以3℃/min的速度升温至650℃，保持4h，即得碳包覆的Fe3O4微球。步骤二所述溶剂由80mL去离子水、32mL无水乙醇和0.4mL质量浓度为25％的氨水组成。

[0029] 本实施例制备的碳包覆的Fe3O4微球的扫描电子显微镜照片如图1所示，可以看出微球整体呈现球形；将碳包覆的Fe3O4微球中的Fe3O4用12mol/L的浓盐酸溶解后碳壳的透射电子显微镜照片如图2所示，说明碳包覆的Fe3O4微球具有明显的核壳结构。

[0030] 实施例2：

[0031] 本实施例碳包覆Fe3O4微球吸波材料的制备方法，按以下步骤进行：

[0032] 一、制备Fe3O4微球：将2.7g的FeCl3·6H2O溶入70mL的乙二醇中，搅拌均匀得溶液A；将5g的无水醋酸钠溶于30mL的乙二醇中，搅拌均匀得溶液B，将所得的溶液A与溶液B混合，搅拌均匀，得混合溶液，将所得混合溶液装入聚四氟乙烯高压反应釜中，在200℃反应24h，得产物A，然后先用蒸馏水洗涤所得产物A至水澄清，再用无水乙醇洗涤产物A，最后干燥得到Fe3O4微球；

[0033] 二、酚醛树脂包覆Fe3O4微球的制备：将1g步骤一获得的Fe3O4微球放入112.4mL的溶剂中，进行超声分散，分散均匀后，依次加入0.4g的间苯二酚和0.56mL的甲醛，室温下反应24h，反应过程中进行机械搅拌，得产物B，然后先用蒸馏水洗涤所得产物B至水澄清，再用无水乙醇洗涤产物B，最后干燥得到酚醛树脂包覆的Fe3O4微球；

[0034] 三、碳包覆Fe3O4微球的制备：将酚醛树脂包覆的Fe3O4微球放入管式炉中进行碳化，以氮气或惰性气体为保护气，以3℃/min的速度升温至650℃，保持4h，即得碳包覆的Fe3O4微球。步骤二所述溶剂由80mL去离子水、32mL无水乙醇和0.4mL质量浓度为25％的氨水组成。

[0035] 本实施例制备的碳包覆的Fe3O4微球的扫描电子显微镜照片如图3所示，可以看出微球整体呈现球形；将碳包覆的Fe3O4微球中的Fe3O4用12mol/L的浓盐酸溶解后碳壳的透射电子显微镜照片如图4所示，说明碳包覆的Fe3O4微球具有明显的核壳结构。

[0036] 实施例3：

[0037] 本实施例碳包覆Fe3O4微球吸波材料的制备方法，按以下步骤进行：

[0038] 一、制备Fe3O4微球：将2.7g的FeCl3·6H2O溶入70mL的乙二醇中，搅拌均匀得溶液A；将5g的无水醋酸钠溶于30mL的乙二醇中，搅拌均匀得溶液B，将所得的溶液A与溶液B混合，搅拌均匀，得混合溶液，将所得混合溶液装入聚四氟乙烯高压反应釜中，在200℃反应24h，得产物A，然后先用蒸馏水洗涤所得产物A至水澄清，再用无水乙醇洗涤产物A，最后干燥得到Fe3O4微球；

[0039] 二、酚醛树脂包覆Fe3O4微球的制备：将1g步骤一获得的Fe3O4微球放入112.4mL的溶剂中，进行超声分散，分散均匀后，依次加入0.2g的间苯二酚和0.28mL的甲醛，室温下反应24h，反应过程中进行机械搅拌，得产物B，然后先用蒸馏水洗涤所得产物B至水澄清，再用无水乙醇洗涤产物B，最后干燥得到酚醛树脂包覆的Fe3O4微球；

[0040] 三、碳包覆Fe3O4微球的制备：将酚醛树脂包覆的Fe3O4微球放入管式炉中进行碳化，以氮气或惰性气体为保护气，以3℃/min的速度升温至650℃，保持4h，即得碳包覆的Fe3O4微球。步骤二所述溶剂由80mL去离子水、32mL无水乙醇和0.4mL质量浓度为25％的氨水组成。

[0041] 本实施例制备的碳包覆的Fe3O4微球的扫描电子显微镜照片如图5所示，可以看出微球整体呈现球形；将碳包覆的Fe3O4微球中的Fe3O4用12mol/L的浓盐酸溶解后碳壳的透射电子显微镜照片如图6所示，说明碳包覆的Fe3O4微球具有明显的核壳结构。

[0042] 实施例1、2和3制备的碳包覆的Fe3O4微球的XRD图如图7所示，其中曲线a为实施例1制备的碳包覆的Fe3O4微球的XRD曲线，曲线b为实施例2制备的碳包覆的Fe3O4微球的XRD曲线，曲线c为实施例3制备的碳包覆的Fe3O4微球的XRD曲线。由图可以看出没有杂峰存在，说明制备的物质很纯。

[0043] 实施例4：

[0044] 本实施例碳包覆Fe3O4微球吸波材料的制备方法，按以下步骤进行：

[0045] 一、制备Fe3O4微球：将2.7g的FeCl3·6H2O溶入70mL的乙二醇中，搅拌均匀得溶液A；将5g的无水醋酸钠溶于30mL的乙二醇中，搅拌均匀得溶液B，将所得的溶液A与溶液B混合，搅拌均匀，得混合溶液，将所得混合溶液装入聚四氟乙烯高压反应釜中，在200℃反应24h，得产物A，然后先用蒸馏水洗涤所得产物A至水澄清，再用无水乙醇洗涤产物A，最后干燥得到Fe3O4微球；

[0046] 二、酚醛树脂包覆Fe3O4微球的制备：将1g步骤一获得的Fe3O4微球放入112.4mL的溶剂中，进行超声分散，分散均匀后，依次加入0.1g的间苯二酚和0.14mL的甲醛，室温下反应24h，反应过程中进行机械搅拌，得产物B，然后先用蒸馏水洗涤所得产物B 至水澄清，再用无水乙醇洗涤产物B，最后干燥得到酚醛树脂包覆的Fe3O4微球；

[0047] 三、碳包覆Fe3O4微球的制备：将酚醛树脂包覆的Fe3O4微球放入管式炉中进行碳化，以氮气或惰性气体为保护气，以3℃/min的速度升温至650℃，保持4h，即得碳包覆的Fe3O4微球。步骤二所述溶剂由80mL去离子水、32mL无水乙醇和0.4mL质量浓度为25％的氨水组成。

[0048] 本实施例制备的碳包覆的Fe3O4微球的扫描电子显微镜照片如图8所示，可以看出微球整体呈现球形。

[0049] 实施例5：

[0050] 本实施例碳包覆Fe3O4微球吸波材料的制备方法，按以下步骤进行：

[0051] 一、制备Fe3O4微球：将2.7g的FeCl3·6H2O溶入70mL的乙二醇中，搅拌均匀得溶液A；将5g的无水醋酸钠溶于30mL的乙二醇中，搅拌均匀得溶液B，将所得的溶液A与溶液B混合，搅拌均匀，得混合溶液，将所得混合溶液装入聚四氟乙烯高压反应釜中，在200℃反应24h，得产物A，然后先用蒸馏水洗涤所得产物A至水澄清，再用无水乙醇洗涤产物A，最后干燥得到Fe3O4微球；

[0052] 二、酚醛树脂包覆Fe3O4微球的制备：将1g步骤一获得的Fe3O4微球放入112.4mL的溶剂中，进行超声分散，分散均匀后，依次加入0.15g的间苯二酚和0.21mL的甲醛，室温下反应24h，反应过程中进行机械搅拌，得产物B，然后先用蒸馏水洗涤所得产物B至水澄清，再用无水乙醇洗涤产物B，最后干燥得到酚醛树脂包覆的Fe3O4微球；

[0053] 三、碳包覆Fe3O4微球的制备：将酚醛树脂包覆的Fe3O4微球放入管式炉中进行碳化，以氮气或惰性气体为保护气，以3℃/min的速度升温至600℃，保持4h，即得碳包覆的Fe3O4微球。步骤二所述溶剂由80mL去离子水、32mL无水乙醇和0.4mL质量浓度为25％的氨水组成。

[0054] 实施例6：

[0055] 本实施例与实施例5不同的地方在于步骤二中依次加入0.05g的间苯二酚和0.07mL的甲醛，其他与实施例5相同。

[0056] 实施例7：

[0057] 本实施例与实施例5不同的地方在于步骤三中以3℃/min的速度升温至700℃，其他与实施例5相同。

[0058] 实施例8：

[0059] 本实施例与实施例7不同的地方在于步骤二中依次加入0.05g的间苯二酚和0.07mL 的甲醛，其他与实施例7相同。

[0060] 实施例5和实施例6制备的碳包覆的Fe3O4微球的介电常数实部如图9所示，实施例5和实施例6制备的碳包覆的Fe3O4微球的介电常数虚部如图10所示，图9和图10中-○-为实施例5制备的碳包覆Fe3O4微球，-□-为实施例6制备的碳包覆Fe3O4微球；

[0061] 实施例7和实施例8制备的碳包覆的Fe3O4微球的介电常数实部如图11所示，实施例7和实施例8制备的碳包覆的Fe3O4微球的介电常数虚部如图12所示，图11和图12中-○-为实施例7制备的碳包覆Fe3O4微球，-□-为实施例8制备的碳包覆Fe3O4微球；

[0062] 由图9至图12可以看出，将Fe3O4进行碳包覆后，其介电实部明显提高，可以提高到18(常规Fe3O4微球的介电实部范围小于6)；介电常数虚部也有明显的提高(常规Fe3O4微球的介电虚部在低频主要在0左右)，因此碳包覆Fe3O4微球复合材料有利于实现阻抗匹配，增强吸波性能。