一种二氧化锰包覆碳颗粒介电材料用做电磁波吸收材料的应用
【技术领域】
[0001]本发明涉及吸波材料技术领域，尤其涉及一种二氧化锰包覆碳颗粒介电材料用做电磁波吸收材料的应用。
【背景技术】
[0002]电子工业的发展使得电子设备的应用越来越广泛，由此引起的电磁辐射和电磁干扰造成了严重的电磁环境污染，目前已成为继大气污染、噪声污染和水污染之后的第四大污染源。降低或缓解电磁污染的一大措施是采用电磁波吸收材料(简称吸波材料)，将电磁能量转变为热能而消耗掉。目前吸波材料已经在军事、建筑和民用等方面得到极大关注和较广泛应用。性能优良的吸波材料需要具备适当的导电性能、介电性能或磁性能，并由此分为电损耗介质、介电损耗介质和磁损耗介质。
[0003]二氧化锰是一种过渡金属氧化物，由于其基本结构单元[Μη06]八面体的链接方式不同，从而可形成多种晶体结构形式。又鉴于二氧化锰制备工艺简便，形貌可控，目前已广泛用于电池电极材料、催化剂、氧化剂等领域。同时，二氧化锰也是一种重要的介电损耗介质。但由于二氧化锰的导电性较差，其对电磁波的吸收主要依赖电磁场作用下的空间电荷极化和界面极化，在实际应用中为了提高其介电性能，往往需要通过复杂的制备工艺获得特殊形貌的二氧化锰，或者将二氧化锰与导电性能更好的炭黑、碳纳米管等材料复合。
[0004]由于二氧化锰与炭黑或碳纳米管的表面结构的差异，在复合过程中很难达到均匀的效果，从而直接影响复合材料的介电性能。将炭黑或碳纳米管进行二氧化锰包覆可以较好的解决碳材料的分散性问题，从而提高复合材料的性能。李和赵等人都发现在碳球表面包覆一层二氧化锰可以提高复合材料的电化学性能。秦等人将碳纳米管进行二氧化锰包覆，发现其比电容远远超过了单纯二氧化锰和碳纳米管的性能。遗憾的是，目前尚未发现有将二氧化锰包覆碳颗粒用于介电损耗材料的报道。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是提供一种二氧化锰包覆碳颗粒介电材料用做电磁波吸收材料的应用。本发明的制备工艺简单易操作，二氧化锰包覆均匀。这种二氧化锰包覆碳颗粒复合结构具有优良的导电性能和介电损耗性能，可以作为一种介电损耗介质，在电磁波吸收材料领域具有良好的应用前景。
[0006]本发明采用如下技术方案:
[0007]本发明的二氧化锰包覆碳颗粒介电材料用做电磁波吸收材料的应用，二氧化锰包覆碳颗粒复合材料具有良好的介电性能；其介电性能可通过调整碳颗粒的大小和反应时间进行调控。
[0008]本发明的二氧化锰包覆碳颗粒介电材料的制备方法的具体步骤如下:
[0009](1)将碳颗粒加入到混合酸溶液中超声处理1?2小时，然后用无水乙醇和去离子水各清洗3次，过滤后加入到去离子水中超声1?2小时，形成悬浊液，碳颗粒与去离子水的重量体积比为0.05?0.1:50?100g/ml ；
[0010](2)将与碳颗粒质量比为1:3?10的高锰酸钾加入至步骤(1)的含碳悬浊液中，磁力搅拌3?6小时；
[0011](3)将步骤⑵的混合溶液转移至60?100°C恒温水浴中保温6?12小时；
[0012](4)将步骤(3)的产物用去离子水和无水乙醇反复离心、洗涤，于100°C干燥8小时，得到二氧化锰包覆碳颗粒复合材料。
[0013]步骤(1)中，碳颗粒的直径为50?300nmo
[0014]步骤(1)中，混合酸为十二烷基苯磺酸钠与10%浓度稀盐酸的混合溶液，其质量比为1:10。
[0015]步骤(1)中，进一步碳颗粒与去离子水的重量体积比为0.l:100g/mlo
[0016]步骤(1)中，进一步碳颗粒与去离子水的重量体积比为0.l:50g/ml。
[0017]步骤(2)中，进一步碳颗粒与高猛酸钾质量比为1:3?1:6。
[0018]步骤(3)中，进一步恒温水浴温度为80?90°C，反应时间为6?12小时。
[0019]本发明使用混合酸处理碳颗粒并超声1?2小时的目的是为了去除碳颗粒表面的杂质和基团，以提高碳颗粒在去离子水中的分散均匀性。
[0020]本发明所涉及的原理是:在高锰酸钾与碳水悬浊液中的搅拌过程中，高锰酸根离子吸附在碳颗粒表面，并通过氧化还原反应生成二氧化锰晶粒附着在碳颗粒表面，二氧化锰在碳颗粒表面逐渐长大，从而形成包覆碳颗粒结构。
[0021]由于二氧化锰电导率较低，当电磁波入射至复合结构表面时，二氧化锰包覆层可以起到表面阻抗匹配的作用，引导电磁波到达碳颗粒表面，被电导率较高的碳颗粒所损耗；未被损耗的电磁波在碳颗粒表面反射，在反射过程中也会部分被二氧化锰包覆层所损耗；同时，由于二氧化锰包覆层颗粒较小，比表面积较大，对入射电磁波也会起到一定的损耗作用。
[0022]本发明的积极效果如下:
[0023]本发明制备方法简便易操作，生产成本低廉；二氧化锰在碳颗粒表面包覆均匀，增加了二氧化锰的比表面积；二氧化锰电导率较低，提高了复合结构的表面阻抗匹配，大大改善复合材料对入射电磁波的损耗性能。
【附图说明】
[0024]图1为实施例1制备的二氧化锰包覆炭黑颗粒的TEM图像；
[0025]图2为实施例1制备的二氧化锰包覆炭黑颗粒的介电性能图像；
[0026]图3为实施例2制备的二氧化锰包覆炭黑颗粒的TEM图像；
[0027]图4为实施例2制备的二氧化锰包覆炭黑颗粒的介电性能图像；
[0028]图5为实施例3制备的二氧化锰包覆碳球颗粒的TEM图像；
[0029]图6为实施例3制备的二氧化锰包覆碳球颗粒的介电性能图像。
【具体实施方式】
[0030]下面的实施例是对本发明的进一步详细描述。
[0031]实施例1
[0032]将直径为50nm的炭黑颗粒0.lg加入到十二烷基苯磺酸钠与10%浓度稀盐酸按质量比1:10的混合溶液中超声处理1小时，然后用无水乙醇和去离子水各清洗3次。将炭黑过滤后加入到50ml去离子水中超声2小时，形成悬池液；
[0033]取高锰酸钾0.3g加入上述炭黑的悬浊液中，搅拌6小时；
[0034]将上述混合溶液转移至恒温水浴中，在80°C保温6小时；
[0035]反应完成后，将所得沉淀用去离子水和无水乙醇各过滤、清洗3次，然后在100°C干燥8小时，即得二氧化锰包覆炭黑复合粉末。
[0036]将上述二氧化猛包覆炭黑复合粉末以1:1的质量比与石錯混合，制作成内径3.04_，外径为7.00mm的圆环形薄片，测试其在2?18GHz频率范围内的介电常数和介电损耗。
[0037]所得粉末的透射电镜照片如图1所示。
[0038]所得粉末在2?18GHz频率范围内的介电性能如图2所示。
[0039]由图1可以看出，二氧化锰颗粒包覆在碳颗粒表面，形成一层均匀的包覆层。由图2可以看出，二氧化锰包覆炭黑复合粉末在2?18GHz频段内的介电损耗可达0.4?0.5，明显优于纯二氧化锰材料。
[0040]实施例2
[0041]将直径为lOOnm的炭黑颗粒0.lg加入到十二烷基苯磺酸钠与10%浓度稀盐酸按质量比1:10的混合溶液中超声处理2小时，然后用无水乙醇和去离子水各清洗3次，过滤后加入到100ml去离子水中超声2小时，使炭黑颗粒均匀分散在水中，形成稳定的悬浊液；
[0042]取高锰酸钾0.6g加入到上述炭黑