專利名稱：SnO₂包覆羰基鐵粉復(fù)合材料及其制備方法和應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電磁波吸收材料，特別涉及一種SnO2包覆羰基鐵粉及其制備方法和其應(yīng)用。
背景技術(shù)：
羰基鐵粉是由Fe (CO) 5熱解制取的平均粒徑在2 5微米左右的球形超細(xì)鐵粉，具有很多特殊的理化性能，尤其是用于高磁導(dǎo)率低功耗軟磁材料，高頻表面貼裝(SMD)，抗電磁干擾(EMI)元件及電磁吸收(EMA)材料等方面，具有成本低、可靠性佳、易成形加工等 諸多優(yōu)點(diǎn)，是一種傳統(tǒng)穩(wěn)定的磁損耗吸收劑。從理論上來講，良好的微波吸收性能要求材料具有高的介電損耗和磁損耗，但是羰基鐵粉屬磁損耗吸收劑，因此通過表面包覆，在其表面獲得一層介電層，是使羰基鐵粉具備介電損耗的一種有效途徑。羰基鐵粉在其本身的扁平化，與有機(jī)基體復(fù)合，與鐵氧體混雜或雙層復(fù)合設(shè)計(jì)，與炭黑、碳纖維、碳納米管混雜復(fù)合及包覆ZnO方面均有報(bào)道，羰基鐵粉本身的改性已經(jīng)在吸波材料領(lǐng)域獲得了廣泛應(yīng)用，但羰基鐵粉表面包覆的研究較少，而羰基鐵粉表面包覆SnO2的報(bào)道至今未見。SnOJt為一種廉價(jià)寬隙半導(dǎo)體材料，對(duì)其在微波領(lǐng)域的研究比較少，但其具有相對(duì)于溫度和環(huán)境非常穩(wěn)定的介電性能，是一種很好的吸收劑。有關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道SnO2具有良好的吸波性能。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明提供一種SnO2包覆羰基鐵粉復(fù)合材料及其制備方法和應(yīng)用。是通過球磨-水熱合成配合在羰基鐵粉表面原位合成SnO2, SnO2包覆羰基鐵粉復(fù)合材料不僅具有兩種不同損耗材料之間的互補(bǔ)和協(xié)同作用，而且具有大量SnO2粒子與粒子及粒子與羰基鐵粉之間的界面結(jié)構(gòu)，有利于增強(qiáng)材料的微波吸收，因此通過球磨-水熱合成配合法制備出SnO2/羰基鐵粉復(fù)合材料具有重要的理論和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。本發(fā)明SnO2包覆羰基鐵粉復(fù)合材料制備方法是在球磨機(jī)和反應(yīng)釜中先后進(jìn)行，然后在空氣氣氛中進(jìn)行加熱干燥，簡(jiǎn)單易行，獲得的產(chǎn)物包覆均勻，界面結(jié)合強(qiáng)，具有良好的應(yīng)用前景。為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明SnO2包覆羰基鐵粉復(fù)合材料是由均勻地包覆在羰基鐵粉表面的一層粒徑為100 300nm的SnO2構(gòu)成。其中，所述羰基鐵粉是Fe (CO) 5熱解制取的球形鐵粉，其粒徑為3 5 ii m。本發(fā)明一種SnO2包覆羰基鐵粉復(fù)合材料的制備方法，包括如下步驟I)球磨粉料將由Fe (CO) 5熱解制取的粒徑為3 5 y m的球形羰基鐵粉和質(zhì)量分?jǐn)?shù)為所述羰基鐵粉I. 0 10%的粒徑為38 150 i! m的錫粉混合后放入陶瓷球磨罐中，以氧化鋯陶瓷球與上述混合粉末的球料質(zhì)量比為10 20 I，將氧化鋯陶瓷球放入陶瓷球磨罐中在行星球磨機(jī)上進(jìn)行球磨，采用密封充氬氣保護(hù)，球磨速度為400r/m，球磨時(shí)間為3 5h ；2)在氬氣保護(hù)氣氛下對(duì)上述球磨后得到的粉末進(jìn)行煅燒，其煅燒溫度為100 200 °C，煅燒3 5h，隨爐冷卻；3)對(duì)上述煅燒后的粉末進(jìn)行包覆SnO2的水熱合成反應(yīng)，水熱介質(zhì)為50mL含有2. 0 4. Ommol KBrO3和5. 0 IOmmol NaOH的去離子水混合溶液，水熱溫度為100 160 0C，水浴4 8h，隨爐冷卻；4)水熱合成反應(yīng)后，將溶液移至燒杯，用強(qiáng)磁鐵輔助收集并清洗最終產(chǎn)物，清洗至中性，鼓風(fēng)箱中40°C干燥8h，最終產(chǎn)物的表面具有一層粒徑為100 300nm的SnO2包覆層。進(jìn)一步講，本發(fā)明SnO2包覆羰基鐵粉復(fù)合材料的制備方法，其中，所述球磨機(jī)可選用QM-3SP2型行星球磨機(jī)。所述煅燒是在GSL1300X真空管式爐中保護(hù)煅燒。所述水熱合成反應(yīng)是在60mL聚四氟乙烯內(nèi)襯的不銹鋼反應(yīng)釜中進(jìn)行。
本發(fā)明提供的SnO2包覆羰基鐵粉復(fù)合材料可以作為微波吸收材料。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)中的濺射法、離子鍍膜法、粉末噴涂法和化學(xué)鍍等表面改性方法，本發(fā)明是在近年來發(fā)展的球磨包覆技術(shù)的基礎(chǔ)上，首次與水熱合成法配合，通過球磨包覆和水熱合成兩種方法的配合使用，獲得均勻致密的一層SnO2顆粒包覆層。球磨-水熱合成配合得到的SnO2/羰基鐵粉復(fù)合材料，擁有更好的界面結(jié)合和更多的SnO2粒子與SnO2粒子及SnO2粒子與羰基鐵粉之間的界面結(jié)構(gòu)，因此不僅提高了復(fù)合材料的界面穩(wěn)定性，更有效改善羰基鐵粉的電磁參數(shù)，優(yōu)化阻抗匹配，增加損耗種類，提高材料對(duì)微波的吸收。


圖I為本發(fā)明SnO2包覆羰基鐵粉制備方法的工藝流程圖；圖2 (a)為實(shí)施例I所用羰基鐵粉的SEM照片；圖2(b)為實(shí)施例I中球磨后的錫粉和羰基鐵粉的混合粉末的SEM照片；圖2 (C)為實(shí)施例I制備得到的SnO2包覆羰基鐵粉的SEM照片；圖2 (d)為實(shí)施例2制備得到的SnO2包覆羰基鐵粉的SEM照片；圖3 (a)為實(shí)施例I制備得到的SnO2包覆羰基鐵粉復(fù)合材料的EDS圖譜； 圖3 (b)為實(shí)施例I制備得到的SnO2包覆羰基鐵粉復(fù)合材料的X射線衍射(XRD)圖譜；圖3 (C)為實(shí)施例I所用羰基鐵粉與制備得到的SnO2包覆羰基鐵粉復(fù)合材料的紅外衍射(FT-IR)圖譜；圖4(a)為實(shí)施例I制備得到的SnO2包覆羰基鐵粉/石蠟復(fù)合材料的介電常數(shù)曲線圖；圖4(b)為實(shí)施例I制備得到的SnO2包覆羰基鐵粉/石蠟復(fù)合材料的磁導(dǎo)率曲線圖；圖4(c)為理論微波反射損耗曲線圖。
具體實(shí)施例方式以下通過實(shí)施例講述本發(fā)明的詳細(xì)過程，提供實(shí)施例是為了理解的方便，絕不是限制本發(fā)明。以下實(shí)施例中球磨機(jī)選用QM-3SP2型行星球磨機(jī)；煅燒工藝是在GSL1300X真空管式爐中的保護(hù)煅燒；水熱合成反應(yīng)是在60mL聚四氟乙烯內(nèi)襯的不銹鋼反應(yīng)釜中進(jìn)行。
實(shí)施例1取IOg羰基鐵粉和質(zhì)量分?jǐn)?shù)為I. 0%即0. Ig的錫粉混合并加入陶瓷球磨罐中，其中，所述羰基鐵粉由Fe(CO)5熱解制取的粒徑為4pm的球形羰基鐵粉，錫粉的粒徑為80 iim;按照氧化鋯陶瓷球與上述混合粉末的球料質(zhì)量比10 I的氧化鋯陶瓷球放入球磨罐中，密封抽真空，充氬氣作為保護(hù)氣氛，將球磨罐對(duì)稱放在QM-3SP2型行星球磨機(jī)上球磨5h，球磨速度為400r/min ;結(jié)束后靜置一段時(shí)間待球磨罐穩(wěn)定。將上述產(chǎn)物放入GSL1300X管式爐抽真空通保護(hù)氣氛氬氣，在保護(hù)氣氛下保持150°C煅燒4h，隨爐冷卻。配水熱反應(yīng)的水熱介質(zhì)，稱取0. 17g KBrO3和0. 2g NaOH放入IOOmL燒杯中加去離子水至50mL，用磁力攪拌器將其混合為均一溶液，并倒入聚四氟乙烯內(nèi)襯的不銹鋼反應(yīng)釜中，同時(shí)取I. Og煅燒后的粉末放于該反應(yīng)釜中，震蕩均勻后，密封并置于DZF-OB真空干燥箱中，保持140°C，水浴6h，隨爐冷卻。水熱合成反應(yīng)后將溶液移至燒杯，用強(qiáng)磁鐵輔助收集并清洗最終產(chǎn)物，清洗至中性，并于鼓風(fēng)干燥箱中40°C干燥8h，最終產(chǎn)物的表面具有一層粒徑為IOOnm的SnO2包覆層。實(shí)施例2實(shí)施例2相對(duì)實(shí)施例I的工藝條件，只改變球磨時(shí)間、煅燒溫度、水熱溫度和水浴過程的時(shí)間，其他條件同上，其球磨時(shí)間為3h，煅燒溫度為100°C，水熱溫度為160°C，水浴時(shí)間為4h，最終獲得的SnO2包覆羰基鐵粉復(fù)合材料仍為羰基鐵粉表面原位生長(zhǎng)一層SnO2S子，包覆層致密程度要低于實(shí)例I所得，粒子大小約200nm。實(shí)施例3實(shí)施例3相對(duì)實(shí)施例I的工藝條件，只改變錫粉的添加量、煅燒溫度、煅燒時(shí)間、水熱合成介質(zhì)中溶質(zhì)的摩爾量、水熱溫度和水浴時(shí)間，其他條件同實(shí)施例1，其中，錫粉的添加量為羰基鐵粉質(zhì)量的10%，煅燒溫度為150°C，煅燒時(shí)間變?yōu)?h，水熱合成介質(zhì)中的KBrO3變?yōu)?. Ommol，NaOH變?yōu)镮Ommol，水熱溫度為120°C，水浴時(shí)間變?yōu)?h。最終獲得的SnO2包覆羰基鐵粉復(fù)合材料仍為具有穩(wěn)定SnO2包覆層的羰基鐵粉。對(duì)實(shí)施I獲得的最終產(chǎn)物進(jìn)行SEM、EDS、XRD、FT-IR和磁性能測(cè)試。測(cè)試結(jié)果圖2為SEM形貌照片，圖2(a)、圖2(b)為原始羰基鐵粉和錫粉與羰基鐵粉混合球磨后的粉末，圖2(c)為SnO2包覆羰基鐵粉，可以看出材料由粒子尺寸為3-5i!m，表面光滑，團(tuán)聚明顯的球形原始羰基鐵粉變?yōu)楸馄綘?，且比較分散的粉末；包覆后獲得均勻致密穩(wěn)定的SnO2包覆層，圖2 (d)為實(shí)例2中包覆后的粉末的SEM照片。如圖3 (a)、圖3 (b)和圖3(c)所示的由實(shí)施例I制備得到的SnO2包覆羰基鐵粉復(fù)合材料的EDS圖譜、XRD圖譜和FT-IR圖譜顯示出了包覆層主要成分為SnO2，且無其它雜質(zhì)相。圖4(a)和圖4(b)分別為SnO2包覆羰基鐵粉/石蠟復(fù)合材料的介電常數(shù)和磁導(dǎo)率，圖4 (c)為理論微波反射損耗曲線，可以看出SnO2包覆羰基鐵粉/石蠟復(fù)合材料在整個(gè)7-18GHZ頻段都具有小于-IOdB的微波損耗，在頻率為12. IGHz時(shí)，表現(xiàn)出最大微波吸收值，為-57. 8dB。本發(fā)明SnO2包覆羰基鐵粉復(fù)合材料具有包覆均勻、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的介電包覆層，其制備方法新穎，工藝簡(jiǎn)單，微波吸收性能優(yōu)異，成本低，可作為新型的強(qiáng)吸收微波材料。實(shí)施例2、實(shí)施例3的測(cè)試結(jié)果與實(shí)施例I中的具有相同的變化規(guī)律,這里不再
--贅述。
盡管上面結(jié)合圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了描述，但是本發(fā)明并不局限于上述的具體實(shí)施方式
，上述的具體實(shí)施方式
僅僅是示意性的，而不是限制性的，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的啟示下，在不脫離本發(fā)明宗旨的情況下，還可以作出很多變形，這些均屬于本發(fā)明的保護(hù)之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種SnO2包覆羰基鐵粉復(fù)合材料，其特征在于，由均勻地包覆在羰基鐵粉表面的一層粒徑為100 300nm的SnO2構(gòu)成。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的SnO2包覆羰基鐵粉復(fù)合材料，其特征在于，所述羰基鐵粉是Fe (CO) 5熱解制取的球形鐵粉，其粒徑為3 5 μ m。
3.—種SnO2包覆羰基鐵粉復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，包括如下步驟 1)球磨粉料將由Fe(CO) 5熱解制取的粒徑為3 5 μ m的球形羰基鐵粉和質(zhì)量分?jǐn)?shù)為所述羰基鐵粉I. O 10%的粒徑為38 150 μ m的錫粉混合后放入陶瓷球磨罐中，以氧化鋯陶瓷球與上述混合粉末的球料質(zhì)量比為10 20 1，將氧化鋯陶瓷球放入陶瓷球磨罐中在行星球磨機(jī)上進(jìn)行球磨，采用密封充氬氣保護(hù)，球磨速度為400r/m，球磨時(shí)間為3 5h ; 2)在氬氣保護(hù)氣氛下對(duì)上述球磨后得到的粉末進(jìn)行煅燒，其煅燒溫度為100 200°C，煅燒3 5h，隨爐冷卻； 3)對(duì)上述煅燒后的粉末進(jìn)行包覆SnO2的水熱合成反應(yīng)，水熱介質(zhì)為50mL含有2.O 4. Ommol KBrO3和5. O IOmmol NaOH的去離子水混合溶液，水熱溫度為100 160°C,水浴4 8h，隨爐冷卻； 4)水熱合成反應(yīng)后，將溶液移至燒杯，用強(qiáng)磁鐵輔助收集并清洗最終產(chǎn)物，清洗至中性，鼓風(fēng)箱中40°C干燥8h，最終產(chǎn)物的表面具有一層粒徑為100 300nm的SnO2包覆層。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的SnO2包覆羰基鐵粉復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，所述球磨機(jī)為QM-3SP2型行星球磨機(jī)。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的SnO2包覆羰基鐵粉復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，所述煅燒是在GSL1300X真空管式爐中保護(hù)煅燒。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的SnO2包覆羰基鐵粉復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，所述水熱合成反應(yīng)是在60mL聚四氟乙烯內(nèi)襯的不銹鋼反應(yīng)釜中進(jìn)行。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的SnO2包覆羰基鐵粉復(fù)合材料作為微波吸收材料的應(yīng)用。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種SnO2包覆羰基鐵粉復(fù)合材料的制備方法，以羰基鐵粉和錫粉為原料，首先，將兩種粉末按一定的質(zhì)量比混合球磨以復(fù)合并消除團(tuán)聚；其次，采用保護(hù)氣氛煅燒，形成錫在羰基鐵粉的表面包覆；然后，采用水熱合成的方法在表面包覆錫的羰基鐵粉上原位合成SnO2；最后，包覆SnO2的羰基鐵粉清洗至中性，并在空氣條件下干燥。包覆物SnO2是通過水熱過程在羰基鐵粉表面原位合成，不是單純的物理吸附，且只形成一層，確保包覆層的均勻性、穩(wěn)定性及厚度和粒徑，很好的實(shí)現(xiàn)了介電損耗材料和磁損耗材料的復(fù)合，增強(qiáng)了材料的匹配性，有效提高材料的微波吸收性能。
文檔編號(hào)C09K3/00GK102627946SQ20121007356
公開日2012年8月8日 申請(qǐng)日期2012年3月20日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月20日
發(fā)明者萬怡灶, 吳曉冰, 李群英, 羅紅林 申請(qǐng)人:天津大學(xué)