一种碳纳米管与羰基铁自组装吸波剂及其制备方法与流程

1.本发明属于材料领域，涉及一种吸波剂，尤其涉及一种碳纳米管与羰基铁自组装吸波剂及其制备方法。


背景技术：

2.随着社会科学技术的发展，电磁波在通讯、电器、军事、医疗等领域都得到了广泛的应用，人们在科技进步中享受着便利的同时，也不可避免的受到电磁波辐射的影响。电磁辐射会对人体造成不良影响，首先会影响人的感觉神经末梢，进而对中枢神经产生影响。在这种影响下人体的心脏、胰腺以及眼睛等器官都非常容易产生不适感，情况严重还会造成心悸、血压下降甚至视力丧失。因此，电磁波吸收材料在隐身技术和保护人类方面具有重要的作用。良好的吸波材料要求厚度薄，质量轻，电磁波吸收性能优异，其中有效吸收频宽为评价吸波剂吸波性能的最重要的指标。
3.羰基铁是一种常见的典型磁性金属吸波材料，它是由五羰基合铁分解得到，羰基铁的原料呈黑色粉末状，其颗粒为圆球状，粒径为1～10μm，材料本身的含铁量在97％以上。近年来在许多针对羰基铁的研究中，为了增加其宽厚比以及形状各向异性从而达到突破snoek限制的目的，研究者们都将原始羰基铁的微观形貌从球状球磨成片状。羰基铁是磁性金属中较早应用于吸波领域的材料，但是随着科技的发展，对羰基铁有效吸收带宽的要求也越来越高。
4.碳纳米管质量轻，电导率高，已经作为一种介电损耗型吸波剂在吸波领域得到了大量的应用。但是碳纳米管单独作为吸波剂进行使用时仍然存在损耗机制主要局限于与电导率有关的电阻型损耗，且阻抗匹配差、吸收强度弱和吸波频带窄等缺点。


技术实现要素：

5.针对上述缺陷，本发明提供一种碳纳米管与羰基铁自组装吸波剂的制备方法，碳纳米管与羰基铁通过静电自组装的方式有效地结合在一起，最终制备的复合吸波剂具有较宽的有效吸收带宽，在吸波领域具有广阔的应用前景
6.为实现上述目的，本发明提供一种碳纳米管与羰基铁自组装吸波剂的制备方法，具有这样的特征：将碳纳米管使用阴离子表面活性剂进行处理，使碳纳米管表面带上负电荷；同时将羰基铁使用阳离子表面活性剂进行处理，使其表面带上正电荷；在水溶液中，带负电的碳纳米管与带正电的羰基铁通过静电自组装的方式进行结合，后经烘干后制备成碳纳米管与羰基铁自组装的复合吸波剂。
7.进一步，本发明提供一种碳纳米管与羰基铁自组装吸波剂的制备方法，还可以具有这样的特征：包括以下步骤：
8.步骤一、带负电的碳纳米管的制备：配置阴离子表面活性剂水溶液；将碳纳米管加入阴离子表面活性剂水溶液中，超声处理2
‑
3小时；抽滤后干燥得到带负电的碳纳米管；
9.步骤二、带正电荷的片状羰基铁的制备：配置阳离子表面活性剂水溶液；将羰基铁
加入阳离子表面活性剂水溶液中，超声处理2
‑
3小时；抽滤后干燥得到带正电的羰基铁；
10.步骤三、碳纳米管与羰基铁自组装复合吸波剂的制备：将带负电的碳纳米管和带正电的羰基铁配置成水溶液；搅拌30min后，将混合溶液静置30min；抽滤后烘干，得到碳纳米管与羰基铁自组装的复合吸波剂。
11.进一步，本发明提供一种碳纳米管与羰基铁自组装吸波剂的制备方法，还可以具有这样的特征：其中，所述碳纳米管为单壁碳纳米管、双壁碳纳米管及多壁碳纳米管中的一种或几种。
12.进一步，本发明提供一种碳纳米管与羰基铁自组装吸波剂的制备方法，还可以具有这样的特征：其中，所述羰基铁为球状羰基铁或片状羰基铁中的一种或几种。
13.进一步，本发明提供一种碳纳米管与羰基铁自组装吸波剂的制备方法，还可以具有这样的特征：其中，所述阴离子表面活性剂为烷基苯磺酸钠、烷基硫酸钠、烷基聚氧乙烯醚硫酸钠、脂肪酸钠中的一种或几种。
14.进一步，本发明提供一种碳纳米管与羰基铁自组装吸波剂的制备方法，还可以具有这样的特征：其中，所述阳离子表面活性剂为十六烷基三甲基溴化铵、十八烷基三甲基氯化铵、十二烷基二甲基氧化胺中的一种或几种。
15.进一步，本发明提供一种碳纳米管与羰基铁自组装吸波剂的制备方法，还可以具有这样的特征：其中，所述阴离子表面活性剂水溶液的浓度为0.05
‑
20g/l。碳纳米管与阴离子表面活性剂水溶液的用量比为5g∶500ml。
16.进一步，本发明提供一种碳纳米管与羰基铁自组装吸波剂的制备方法，还可以具有这样的特征：其中，所述阳离子表面活性剂水溶液的浓度为0.05
‑
20g/l。羰基铁与阳离子表面活性剂水溶液的用量比为5g∶500ml。
17.进一步，本发明提供一种碳纳米管与羰基铁自组装吸波剂的制备方法，还可以具有这样的特征：其中，所述带负电的碳纳米管与带正电的羰基铁的质量比为1:100
‑
20:100。带负电的碳纳米管和带正电的羰基铁的水溶液的浓度为1.1g/250ml。
18.本发明还保护上述制备方法所制得的碳纳米管与羰基铁自组装吸波剂。
19.本发明的有益效果在于：本发明提供一种碳纳米管与羰基铁自组装吸波剂及其制备方法，通过静电自组装的方式将碳纳米管和羰基铁结合在一起，碳纳米管有效的包覆在羰基铁的表面。这种强有力的静电结合有利于产生界面极化，从而增加复合以后的吸波性能。该复合吸波剂将两种材料的优势结合在一起，同时具有了介电损耗与磁损耗的双重吸波机制，具有优异的电磁波吸收性能，在电磁波吸收领域具有广阔的应用前景。
附图说明
20.图1是实施例1的碳纳米管与羰基铁自组装吸波剂的吸波性能图；
21.图2是对比例1的混合粉末吸波剂的吸波性能图；
22.图3是对比例2的羰基铁的吸波性能图。
具体实施方式
23.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行下一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限
定本发明。
24.实施例1
25.本实施例提供一种碳纳米管与羰基铁自组装吸波剂，其制备方法包括以下步骤：
26.步骤一、带负电的碳纳米管的制备：
27.配制浓度为10g/l的十二烷基苯磺酸钠水溶液500ml；
28.称取5g碳纳米管加入十二烷基苯磺酸钠水溶液中，使用超声处理2小时；
29.将上述混合溶液进行抽滤处理，将得到的糊状物在60℃烘箱中烘干24h得到带负电荷的碳纳米管。
30.步骤二、带正电荷的片状羰基铁的制备：
31.配置浓度为10g/l的十六烷基三甲基溴化铵水溶液500ml；
32.称取5g片状羰基铁加入十六烷基三甲基溴化铵水溶液中，使用超声处理2小时；
33.将上述混合溶液进行抽滤处理，将得到的糊状物在60℃烘箱中烘干24h得到带正电荷的片状羰基铁。
34.步骤三、碳纳米管与羰基铁自组装复合吸波剂的制备：
35.将带负电的碳纳米管和带正电的羰基铁配置成水溶液；
36.称取带负电荷的碳纳米管0.1g和带正电荷的片状羰基铁1g，配置成250ml的水溶液；
37.将上述溶液使用50rpm的速率搅拌30min后，静置30min，带负电荷的碳纳米管与带正电荷的羰基铁通过静电自组装的方式结合在一起；
38.将上述混合溶液进行抽滤处理，将得到的糊状物在60℃烘箱中烘干24h得到碳纳米管与羰基铁自组装的复合吸波剂。
39.将该复合吸波剂与石蜡按照质量比7:3进行压环，使用同轴法测试吸波性能，经测试此复合吸波剂在厚度为1.5mm时，在2
‑
18ghz内的有效吸收频宽为9.5ghz(8.5～18ghz)，吸波性能的测试图见附图1，实现了超薄厚度下的超宽频吸收。
40.实施例2
41.本实施例提供一种碳纳米管与羰基铁自组装吸波剂，其制备方法包括以下步骤：
42.步骤一、带负电的碳纳米管的制备：
43.配制浓度为0.05g/l的烷基硫酸钠水溶液500ml；
44.称取5g碳纳米管加入烷基硫酸钠水溶液中，使用超声处理3小时；
45.将上述混合溶液进行抽滤处理，将得到的糊状物在60℃烘箱中烘干24h得到带负电荷的碳纳米管。
46.步骤二、带正电荷的片状羰基铁的制备：
47.配置浓度为0.05g/l的十二烷基二甲基氧化胺水溶液500ml；
48.称取5g球状羰基铁加入十二烷基二甲基氧化胺水溶液中，使用超声处理3小时；
49.将上述混合溶液进行抽滤处理，将得到的糊状物在60℃烘箱中烘干24h得到带正电荷的片状羰基铁。
50.步骤三、碳纳米管与羰基铁自组装复合吸波剂的制备：
51.将带负电的碳纳米管和带正电的羰基铁配置成水溶液；
52.称取带负电荷的碳纳米管0.1g和带正电荷的片状羰基铁10g，配置成250ml的水溶
液；
53.将上述溶液使用50rpm的速率搅拌30min后，静置30min，带负电荷的碳纳米管与带正电荷的羰基铁通过静电自组装的方式结合在一起；
54.将上述混合溶液进行抽滤处理，将得到的糊状物在60℃烘箱中烘干24h得到碳纳米管与羰基铁自组装的复合吸波剂。
55.实施例3
56.本实施例提供一种碳纳米管与羰基铁自组装吸波剂，其制备方法包括以下步骤：
57.步骤一、带负电的碳纳米管的制备：
58.配制浓度为20g/l的烷基聚氧乙烯醚硫酸钠水溶液500ml；
59.称取5g碳纳米管加入烷基聚氧乙烯醚硫酸钠水溶液中，使用超声处理2.5小时；
60.将上述混合溶液进行抽滤处理，将得到的糊状物在60℃烘箱中烘干24h得到带负电荷的碳纳米管。
61.步骤二、带正电荷的片状羰基铁的制备：
62.配置浓度为20g/l的十八烷基三甲基氯化铵水溶液500ml；
63.称取5g球状羰基铁加入十八烷基三甲基氯化铵水溶液中，使用超声处理2.5小时；
64.将上述混合溶液进行抽滤处理，将得到的糊状物在60℃烘箱中烘干24h得到带正电荷的片状羰基铁。
65.步骤三、碳纳米管与羰基铁自组装复合吸波剂的制备：
66.将带负电的碳纳米管和带正电的羰基铁配置成水溶液；
67.称取带负电荷的碳纳米管0.2g和带正电荷的片状羰基铁1g，配置成250ml的水溶液；
68.将上述溶液使用50rpm的速率搅拌30min后，静置30min，带负电荷的碳纳米管与带正电荷的羰基铁通过静电自组装的方式结合在一起；
69.将上述混合溶液进行抽滤处理，将得到的糊状物在60℃烘箱中烘干24h得到碳纳米管与羰基铁自组装的复合吸波剂。
70.对比例1
71.本对比例提供一种混合粉末吸波剂，其制备方法与实施例1的区别为：碳纳米管与羰基铁未进行改性处理，仅为简单的机械共混。
72.具体的，将实施例1中的碳纳米管与片状羰基铁按照质量比1:10进行机械共混。
73.将上述混合粉末吸波剂与石蜡按照质量比7:3进行压环，使用同轴法测试吸波性能，经测试此复合吸波剂在厚度为1.5mm时，在2
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18ghz内的有效吸收频宽仅为7.5ghz(10.5～18ghz)，吸波性能的测试图见附图2，有效吸收频宽相比实施例1具有很大的降低。
74.对比例2
75.本对比例以羰基铁作为吸波剂，将片状羰基铁与石蜡按照质量比7:3进行压环，使用同轴法测试吸波性能，经测试此复合吸波剂在厚度为1.5mm时，在2
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18ghz内的有效吸收频宽仅为6.2ghz(9.1～15.3ghz)，吸波性能的测试图见附图3，有效吸收频宽相比实施例1具有很大的降低。
76.比较实施例1与对比例1和对比例2可以发现，本发明使用的静电自组装的方式将碳纳米管与羰基铁有效地结合在一起，制备了一种碳纳米管与羰基铁自组装的复合吸波
剂。此复合吸波剂经此静电自组装的方式结合后，可大大提高吸波剂的有效吸收频宽，真正意义上实现了超宽频吸收，此吸波剂在电磁波吸收领域具有广泛的应用前景。同时，这种静电自组装的方式也为吸波剂复合及拓宽有效吸收频宽提供了一种新的思路，为制备新型碳材料吸波剂有一定指导意义。