專利名稱：一種石墨片負載鐵酸鋇納米顆粒的復(fù)合材料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一 種石墨片負載鐵酸鋇納米顆粒的復(fù)合材料的制備方法，屬于復(fù)合磁性材料制備技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
BaFe12O19六角鐵氧體是一種重要的磁性陶瓷，具有高的飽和磁化強度、高的矯頑力、高的磁晶各向異性場、高的居里溫度及優(yōu)良的化學(xué)穩(wěn)定性，另外BaFe12O19是具有復(fù)相介電損耗和磁損耗的電磁波吸收材料，故越來越受到人們的普遍關(guān)注。目前合成BaFe12O19的方法有很多，化學(xué)沉淀法、溶膠凝膠法、水熱法、自蔓延法以及熔鹽法等，但作為吸波材料，BaFe12O19密度大，且主要表現(xiàn)為磁損耗，故其應(yīng)用受到一定的限制。石墨和碳納米管屬于電損耗型碳系吸波材料，具有特殊結(jié)構(gòu)(石墨為片層狀結(jié)構(gòu)，碳納米管為管狀結(jié)構(gòu))、化學(xué)惰性、結(jié)構(gòu)性高和耐高溫性好，能很好地減少雷達和紅外波信號，并且質(zhì)量輕，與磁損耗型的鐵氧體復(fù)合，不僅能減少涂層質(zhì)量，還能改善吸波效果。其復(fù)合的方法有化學(xué)沉淀法，溶膠凝膠法等。然而這些制備方法涉及高溫，中間步驟繁多引起的產(chǎn)物不純，粒子團聚，結(jié)合力弱等缺陷，因而成本也較高。中國專利局公開了一種石墨薄片表面負載磁性合金粒子吸波材料及其制備方法(申請?zhí)?200910080953. 2)，此方法是將石墨顆粒在有機溶劑中超聲處理；然后在混酸中加熱回流；分離清洗后懸浮于共沉淀溶液中，調(diào)PH值至9 14，得到沉淀物；將得到的沉淀物分離清洗后在氫氣或氫氣與氬氣的混合氣中處理；得到電磁波吸收材料。但是此種方法制備的電磁波吸收材料雜質(zhì)較多，且合金粒子與石墨的結(jié)合能力不高。中國專利局公開了一種碳納米管負載磁性四氧化三鐵納米粒子的制備方法(申請?zhí)?00710049525. 4)，此方法是將碳納米管加入到硝酸高鐵溶液中，攪拌，超聲波振蕩處理，然后再添加某種水溶性高分子水溶液，攪拌，繼續(xù)超聲波振蕩處理，過濾，干燥，研磨，最后在一定溫度下于惰性氣氛中煅燒一定時間，進一步研磨處理后得到碳納米管負載磁性四氧化三鐵納米粒子。但該發(fā)明制備的四氧化三鐵納米粒子容易被氧化，化學(xué)穩(wěn)定性較差，且原料碳納米管較貴。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明公開了一種石墨片負載鐵酸鋇納米顆粒的復(fù)合材料的制備方法，其目的在于克服現(xiàn)有高溫高壓化學(xué)反應(yīng)制備技術(shù)，設(shè)備昂貴成本高、產(chǎn)物不純，粒子團聚，結(jié)合力弱、化學(xué)穩(wěn)定性較差，且會對壞境造成污染等弊端。本發(fā)明通過超聲處理一定配比的氫氧化鐵沉淀、醋酸鋇和活化石墨混合溶液，然后在反應(yīng)釜中200°C保溫24h即可制得石墨片負載鐵酸鋇納米顆粒的復(fù)合磁性材料，制得的石墨片負載鐵酸鋇納米顆粒的負載能力強，分布均勻，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。本發(fā)明技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的I、一種石墨片負載鐵酸鋇納米顆粒的復(fù)合材料的制備方法，其特征在于包括以下步驟A)將FeCl3 · 6H20 (5. 5 6. 5g)置于燒杯中，加入去離子水使其完全溶解后,在強烈攪拌的條件下，緩慢滴入濃氨水溶液(5 6mL)，靜置陳化后，得到氫氧化鐵沉淀；再向其中加入醋酸鋇溶液，并攪拌均勻，加入的醋酸鋇與氫氧化鐵的摩爾比為3:11 ;B)向A)中加入氫氧化鈉和無水乙醇溶液,然后攪拌使其完全溶解形成混合溶液；C)將天然石墨加入到濃硝酸與濃鹽酸的混合液中，其中濃硝酸與濃鹽酸的體積比為3:1 ;攪拌均勻后，進行超聲處理，其超聲頻率為40kHz，功率為300W，溫度為40°C，時間為30min ;然后反復(fù)用去離子水清洗，抽濾，直到溶液為中性，60°C烘干，研磨后待用；D)稱取經(jīng)步驟C)活化處理的石墨，其質(zhì)量為生成的理論鐵酸鋇質(zhì)量的10%，加入到步驟B)的混合溶液中，攪拌均勻后，通入氬氣，然后置入超聲清洗器中進行超聲處理，其超聲頻率為40kHz，功率為300W，溫度為60°C，時間為5h ;超聲過程中，每30min停止一次， 停止時間為O. 2min,每Ih取出攪拌IOmin ；E)將步驟D)所得的混合溶液倒入高溫反應(yīng)釜中，180 200°C下保溫18 24h后自然冷卻至室溫；F)將步驟E)冷卻后的混合溶液反復(fù)用去離子水清洗，然后用O. lmol/L的HCl溶液酸洗，最后將溶液稀釋至中性后加入少量無水乙醇，在70°C烘干，便得到石墨片負載鐵酸鋇納米顆粒的復(fù)合磁性材料。所述步驟B)中加入的氫氧化鈉的量為42 46g，加入的無水乙醇的體積為混合溶液總體積的20%。所述步驟D)中氬氣的通入總時間為20min，分別為超聲處理前通入lOmin，超聲處理3h后再通入IOmin。本發(fā)明的優(yōu)點和積極效果在于活化處理石墨表面含有較多的活性官能團，為在其表面成核提供了良好的基礎(chǔ)；超聲處理中的空化效應(yīng)所帶來的特殊環(huán)境使Ba2+與IFeiOH), ]Γ更能充分混合接觸，降低化學(xué)反應(yīng)能，在高溫水熱條件下，Ba2+與 ΜΟΙΙ), 更容易在石墨表面上原位合成BaFe12O19，突破了傳統(tǒng)的復(fù)合材料的合成反應(yīng)的局限，并且降低了合成溫度；制得的石墨片負載鐵酸鋇納米顆粒的負載能力強，分布均勻，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定；整個制備工藝簡單，設(shè)備成本低廉，環(huán)保無污染；為復(fù)合磁性材料的制備提供了一條新的途徑。


圖I為實施例I制備的石墨片負載鐵酸鋇納米顆粒的復(fù)合材料的XRD衍射圖；圖2為實施例I所制備的石墨片負載鐵酸鎖納米顆粒的復(fù)合材料的TEM圖。
具體實施例方式以下結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進行詳細說明。實施例I :(A).將5. 94g的FeCl3 · 6H20 (分析純)置于燒杯中，加入50mL去離子水使其完全溶解后，在強烈攪拌的條件下，緩慢滴入5. 5mL的濃氨水(分析純)溶液，靜置陳化后，將上層懸浮的雜質(zhì)吸除后，加入O. 006mol的醋酸鋇(分析純)溶液，并攪拌均勻；(B).在步驟(A)制得的混合溶液中加入44g的氫氧化鈉(分析純)，并且加入一定量的無水乙醇溶液，然后攪拌使其完全溶解，其中加入的無水乙醇的體積為混合溶液總體積的20%，并且保證混合溶液的總體積不能超過150mL ；(C).將IOg天然石墨加入到濃硝酸與濃鹽酸的混合溶液中，其中濃硝酸為150mL，濃鹽酸為50mL ;攪拌均勻后，進行超聲處理，其超聲頻率為40kHz，功率為300W，溫度為40°C，時間為30min;然后反復(fù)用去離子水清洗，抽濾，直到溶液為中性，60°C烘干，研磨后待用；(D).稱取一定量經(jīng)步驟(C)活化處理的石墨，其質(zhì)量為生成的理論鐵酸鋇質(zhì)量的10%，加入到(B)中混合溶液中，攪拌均勻后，通入IOmin的氬氣，然后置入超聲清洗器中進行超聲處理，其超聲頻率為40kHz，功率為300W，溫度為60°C，時間為5h，超聲過程中，每30min停止一次,每次停止O. 2min,每Ih取出攪拌IOmin,超聲3h后通入IOmin気氣；(E).將步驟(D)制得的混合溶液倒入高溫反應(yīng)釜中，200°C下保溫18h后自然冷卻至室溫；
(F).將步驟(E)冷卻后的溶液反復(fù)用去離子水清洗，然后用O. lmol/L的HCl溶液酸洗，最后將溶液稀釋至中性后加入少量無水乙醇，在70°C烘干，便得到石墨片負載鐵酸鋇納米顆粒的復(fù)合磁性材料。圖I為實施例I所制備得到的石墨片負載鐵酸鋇納米顆粒的復(fù)合材料的XRD衍射圖，由圖可見，圖譜衍射峰主要由石墨的(002)特征峰和鐵酸鋇的(110)、( 107)、( 114)、(203)、(205)、(300)、(217)、(2011)、(220)和(317)特征峰組成，說明制備的產(chǎn)品是典型的石墨和磁鉛石型鐵酸鋇復(fù)合材料，并且結(jié)晶狀況良好。圖2為實施例I所制備得到的石墨片負載鐵酸鋇納米顆粒的復(fù)合材料的TEM圖，從圖中可以看出，鐵酸鋇納米顆粒為片狀結(jié)構(gòu)，其平均粒徑約為60nm，較均勻的負載于石墨片上，且負載能力強，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。實施例2 (A).將6. 5g的FeCl3 · 6H20 (分析純)置于燒杯中，加入50mL去離子水使其完全溶解后，在強烈攪拌的條件下，緩慢滴入6mL的濃氨水(分析純)溶液，靜置陳化后，將上層懸浮的雜質(zhì)吸除后，加入O. 006mol的醋酸鋇(分析純)溶液，并攪拌均勻；(B).在步驟(A)制得的混合溶液中加入46g的氫氧化鈉(分析純)，并且加入一定量的無水乙醇溶液，然后攪拌使其完全溶解，其中加入的無水乙醇的體積為混合溶液總體積的20%，并且保證混合溶液的總體積不能超過160mL ；(C).將IOg天然石墨加入到濃硝酸與濃鹽酸的混合溶液中，其中濃硝酸為150mL，濃鹽酸為50mL ;攪拌均勻后，進行超聲處理，其超聲頻率為40kHz，功率為300W，溫度為40°C，時間為30min;然后反復(fù)用去離子水清洗，抽濾，直到溶液為中性，60°C烘干，研磨后待用；(D).稱取一定量經(jīng)步驟(C)活化處理的石墨，其質(zhì)量為生成的理論鐵酸鋇質(zhì)量的10%，加入到(B)制備的混合溶液中，攪拌均勻后，通入IOmin的氬氣，然后置入超聲清洗器中進行超聲處理，其超聲頻率為40kHz，功率為300W，溫度為60°C，時間為5h，超聲過程中，每30min停止一次,每次停止O. 2min,每Ih取出攪拌IOmin,超聲3h后通入IOmin気氣；(E).將步驟(D)制得的混合溶液倒入高溫反應(yīng)釜中，200°C下保溫24h后自然冷卻至室溫；
(F).將步驟(E)冷卻后的溶液反復(fù)用去離子水清洗，然后用O. lmol/L的HCl溶液酸洗，最后將溶液稀釋至中性后加入少量無水乙醇，在70°C烘干，便得到石墨片負載鐵酸鋇納米顆粒的復(fù)合磁性材料。實施例3 (A).將5. 6g的FeCl3 · 6H20 (分析純)置于燒杯中，加入5OmL去離子水使其完全溶解后，在強烈攪拌的條件下，緩慢滴入5mL的濃氨水(分析純)溶液，靜置陳化后，將上層懸浮的雜質(zhì)吸除后，加入O. 006mol的醋酸鋇(分析純)溶液，并攪拌均勻；(B).在步驟(A)制得的混合溶液中加入42g的氫氧化鈉(分析純)，并且加入一定量的無水乙醇溶液，然后攪拌使其完全溶解，其中加入的無水乙醇的體積為混合溶液總體積的20%，并且保證混合溶液的總體積不能超過150mL ；(C).將IOg天然石墨加入到濃硝酸與濃鹽酸的混合溶液中，其中濃硝酸為150mL，濃鹽酸為50mL ;攪拌均勻后，進行超聲處理，其超聲頻率為40kHz，功率為300W，溫度為40°C，時間為30min;然后反復(fù)用去離子水清洗，抽濾，直到溶液為中性，60°C烘干，研磨后待用；(D).稱取一定量經(jīng)步驟(C)活化處理的石墨，其質(zhì)量為生成的理論鐵酸鋇質(zhì)量的10%，加入到(B)中混合溶液中，攪拌均勻后，通入IOmin的氬氣，然后置入超聲清洗器中進行超聲處理，其超聲頻率為40kHz，功率為300W，溫度為60°C，時間為5h，超聲過程中，每30min停止一次,每次停止O. 2min,每Ih取出攪拌IOmin,超聲3h后通入IOmin気氣；(E).將步驟(D)制得的混合溶液倒入高溫反應(yīng)釜中，180°C下保溫24h后自然冷卻至室溫；(F).將步驟(E)冷卻后的溶液反復(fù)用去離子水清洗，然后用O. lmol/L的HCl溶液酸洗，最后將溶液稀釋至中性后加入少量無水乙醇，在70°C烘干，便得到石墨片負載鐵酸鋇納米顆粒的復(fù)合磁性材料。
權(quán)利要求
1.一種石墨片負載鐵酸鋇納米顆粒的復(fù)合材料的制備方法，其特征在于包括以下步驟 A)將5.5 6. 5g FeCl3 · 6H20置于燒杯中，加入去離子水使其完全溶解后,在強烈攪拌的條件下，緩慢滴入5 6mL濃氨水溶液，靜置陳化后，得到氫氧化鐵沉淀；再向其中加入醋酸鋇溶液，并攪拌均勻，加入的醋酸鋇與氫氧化鐵的摩爾比為3:11 ； B)向A)中加入氫氧化鈉和無水乙醇溶液,然后攪拌使其完全溶解形成混合溶液； C)將天然石墨加入到濃硝酸與濃鹽酸的混合液中，其中濃硝酸與濃鹽酸的體積比為3:1 ;攪拌均勻后，進行超聲處理，其超聲頻率為40kHz，功率為300W，溫度為40°C，時間為30min ;然后反復(fù)用去離子水清洗，抽濾，直到溶液為中性，60°C烘干，研磨后待用； D)稱取經(jīng)步驟C)活化處理的石墨，其質(zhì)量為生成的理論鐵酸鋇質(zhì)量的10%，加入到步驟B)的混合溶液中，攪拌均勻后，通入氬氣，然后置入超聲清洗器中進行超聲處理，其超聲頻率為40kHz，功率為300W，溫度為60°C，時間為5h ;超聲過程中，每30min停止一次，停止時間為O. 2min,每Ih取出攬拌IOmin ； E)將步驟D)所得的混合溶液倒入高溫反應(yīng)釜中，180 200°C下保溫18 24h后自然冷卻至室溫； F)將步驟E)冷卻后的混合溶液反復(fù)用去離子水清洗，然后用O.lmol/L的HCl溶液酸洗，最后將溶液稀釋至中性后加入少量無水乙醇，在70°C烘干，便得到石墨片負載鐵酸鋇納米顆粒的復(fù)合磁性材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種石墨片負載鐵酸鋇納米顆粒的復(fù)合材料的制備方法，其特征在于步驟B)中加入的氫氧化鈉的量為42 46g，加入的無水乙醇的體積為混合溶液總體積的20%。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種石墨片負載鐵酸鋇納米顆粒的復(fù)合材料的制備方法，其特征在于步驟D)中所述氬氣的通入總時間為20min，分別為超聲處理前通入lOmin，超聲處理3h后再通入lOmin。
全文摘要
本發(fā)明提出了一種石墨片負載鐵酸鋇納米顆粒的復(fù)合材料的制備方法，首先將醋酸鋇加入到用FeCl3·6H2O和濃氨水制備的氫氧化鐵沉淀中，然后加入氫氧化鈉和無水乙醇溶液攪拌均勻后，將經(jīng)濃硝酸和濃鹽酸活化處理的天然石墨加入其中，再次攪拌均勻后通入氬氣，接著將其超聲處理5h，最后將超聲處理后的混合溶液放入高溫反應(yīng)釜中，180～200℃下保溫18～24h，冷卻后反復(fù)用去離子水清洗，然后用0.1mol/L的HCl溶液酸洗，最后將溶液稀釋至中性后70℃烘干，便得到石墨片負載鐵酸鋇納米顆粒的復(fù)合磁性材料。所得石墨片負載的鐵酸鋇納米顆粒的負載量高，分散性好，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。制備工藝簡單，設(shè)備成本低廉，環(huán)保無污染，為復(fù)合磁性材料的制備提供了一條新的途徑。
文檔編號H01F1/01GK102938280SQ20121041189
公開日2013年2月20日 申請日期2012年10月25日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月25日
發(fā)明者唐宏志, 王樹林, 徐波, 趙立峰, 張永剛 申請人:上海理工大學(xué)