一种基于铁氧体的低频电磁吸波材料及其制备方法与流程

本发明涉及电磁吸波与防护技术领域，特别是一种基于铁氧体的低频电磁吸波材料及其制备方法。

背景技术

随着电力行业在社会与生活方面面面发挥的作用越来越大，现代社会对电力供应的可靠性要求越来越高，电力安全供应的地位比以往任何时候都更加重要。近年来，随着经济增长的速度越来越快，推动了电网建设的升级、电压等级的提高、电力覆盖面积的增加。随着各种灵敏度高、信息量大的电子器件与设备在电力系统的发电生产以及送电、配电、用电等环节中的广泛使用，使得电力系统的电磁环境(电磁环境是指存在于给定空间范围内一切电磁现象的总和，包括自然电磁环境和人为电磁环境)非常复杂及多变，电磁干扰问题日益严重。电磁环境对电力电子设备的干扰主要是电力系统中的电子设备自身工作时会辐射出大量电磁波，以及各种操作产生的过压，电磁感应等，引起电磁干扰。从而影响和干扰周围其他电子仪器的正常工作，使其性能下降甚至失效，严重时可使系统的自动控制失灵、信息传导失误、电波传送中断等，直接或间接地造成严重的经济损失和人员伤亡。在我国电力系统中，由于电磁干扰的原因所引起的事故屡有发生，其结果造成巨大的经济损失及影响人们正常的生活秩序。当今电力系统面临的电磁环境日益严峻，必须在电力系统与技术高速发展的同时解决好电力电子设备的电磁兼容(electromagneticcompatibility，简称emc)及防护问题，构建良好的电磁环境，才能保障电力系统安全、高效的进行电力供应。然而干扰电力系统的电子电力设备的电磁波频段主要集中在4ghz以下频段，因此制备低频段的电磁吸波材料迫在眉睫。

技术实现要素：

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明的目的就是提供一种基于铁氧体的低频电磁吸波材料及其制备方法，能够提供一种基于锂锌铁氧体的电磁吸波剂；锂锌铁氧体在低频电磁波段0.1-4ghz有着良好的电磁波吸收效果。

本发明的目的之一是通过这样的技术方案实现的，一种基于铁氧体的低频电磁吸波材料，它包括有：所述基于铁氧体的低频电磁吸波颗粒是一种类似核壳结构；

所述核壳结构包括有微米级锂锌铁氧体颗粒与纳米尺寸的铁片。

本发明的另一个目的是通过这样的技术方案实现的，一种基于铁氧体的低频电磁吸波材料的制备方法，它包括有：

所述制备方法包括有：溶胶凝胶法、1000-1500℃的温度煅烧和原位还原法；

通过溶胶凝胶法以及高温煅烧用于制备锂锌铁氧体；

通过原位还原法在制备好的锂锌铁氧体的表面上生长铁片。

进一步，所述基于铁氧体的低频电磁吸波材料由锂锌铁氧体颗粒、硼氢化钠、七水硫酸亚铁、聚乙烯吡咯烷酮(pvp)和氢氧化钠反应制备而成。

进一步，所述基于铁氧体的低频电磁吸波材料的各反应物的浓度如下：锂锌铁氧体颗粒0.5～0.8mol/l，硼氢化钠1～1.5mol/l，硫酸亚铁0.05～0.1mol/l，pvp0.001～0.002mol/l，氢氧化钠0.06～0.10mol/l。

进一步，所述制备方法包括如下步骤：

s1：将硼氢化钠与氢氧化钠粉末溶解在去离子水中并在磁力搅拌作用下形成透明的硼氢化钠水溶液；

s2：取适量锂锌铁氧体颗粒、硫酸亚铁、pvp加入到去离子水中机械搅拌30min；

s3：将硼氢化钠水溶液与含有锂锌铁氧体的混合溶液滴入化学镀反应槽，进行充分反应；

s4：用磁铁收集反应的生成物并进行清洗和干燥，并进行研磨，得到最终的产品：表面长有纳米铁片的锂锌铁氧体粉末。

进一步，所述锂锌铁氧体由金属盐溶液、柠檬酸钠和氨水制备而成。

进一步，所述的锂锌铁氧体包括有：锂元素、锌元素、铁元素、铈元素和氧元素；

各种元素的化学计量配比为，锂：锌：铁：铈：氧＝0～0.4：0.1～1：2～2.45：0.2～0.7：4；

所述金属盐溶液包括硝酸锂、硝酸锌、硝酸铁、硝酸铈溶液。

进一步，所述金属盐溶液中的金属离子的总摩尔数与柠檬酸分子的摩尔比为0.8～1.2。

进一步，所述锂锌铁氧体的制备过程如下：

a.根据锂锌铁氧体特定的化学计量比称取定量的的硝酸锂、硝酸锌、硝酸铁和硝酸铈这些金属化合物，并将其一起溶解于去离子水中，电磁搅拌至均匀的透明混合金属盐溶液；

b.向步骤(a)中的透明金属盐溶液中先后加入柠檬酸与氨水，并辅以电磁搅拌成溶胶，滴加的氨水能使溶液或溶胶ph值呈中性；

c.将步骤(b)中所得的溶胶放置在水浴恒温锅中，温度设为60～80℃；数小时之后，将形成的湿凝胶移入真空干燥箱中，120℃温度下8～12个小时后干燥成干凝胶；

d.然后将干凝胶放置于水平管式炉，以160、200、240、280℃/h的升温速率升至1000-1500℃煅烧干凝胶，最后随炉冷却变得到掺杂了稀土元素铈的锂锌铁氧体。

由于采用了上述技术方案，本发明具有如下的优点：本发明提供了一种基于锂锌铁氧体的电磁吸波剂。锂锌铁氧体在低频电磁波段0.1-4ghz有着良好的电磁波吸收效果。本发明中的锂锌铁氧体材料具有良好的频率特性，较大的相对磁导率和较小的相对介电常数，这使得锂锌铁氧体在低频电磁波段有着良好的电磁波吸收效果。同时，铁氧体来源广泛易于获得、制备工艺简单易操作。本发明还在锂锌铁氧体的基础上掺杂了稀土元素铈，稀土元素铈是一类具有被最外层电子所屏蔽的未成对电子的元素，因而其原子和离子具有特殊的电磁性能。利用其特性，对铁氧体进行掺杂取代，能够改变铁氧体的电磁特性参数，增强体系的相应损耗机制，达到改善吸波性能、扩展吸收频宽、满足匹配要求的目的。更为重要的是为了进一步增强该吸波剂在低频波段有着较好的吸收电磁波的强度与吸收带宽，本发明设计一种类似核壳结构，在掺杂了铈的铁氧体表面生长大量的纳米级铁片。该纳米片有利于增加入射微波的漫反射、还可以带来更多的界面电荷极化，从而拥有更宽的吸收频段和更强的吸收强度。

本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。

附图说明

本发明的附图说明如下：

图1为基于铁氧体的低频电磁吸波材料的制备示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

实施例，如图1所示；一种基于铁氧体的低频电磁吸波材料，它包括有：基于铁氧体的低频电磁吸波颗粒是一种类似核壳结构；

核壳结构包括有微米级锂锌铁氧体颗粒与纳米尺寸的铁片。

本发明的另一个目的是通过这样的技术方案实现的，一种基于铁氧体的低频电磁吸波材料的制备方法，它包括有：

制备方法包括有：溶胶凝胶法、1000-1500℃的温度煅烧和原位还原法；

通过溶胶凝胶法以及高温煅烧用于制备锂锌铁氧体；

通过原位还原法在制备好的锂锌铁氧体的表面上生长铁片。

基于铁氧体的低频电磁吸波材料由锂锌铁氧体颗粒、硼氢化钠、七水硫酸亚铁、聚乙烯吡咯烷酮(pvp)和氢氧化钠反应制备而成。

基于铁氧体的低频电磁吸波材料的各反应物的浓度如下：锂锌铁氧体颗粒0.5～0.8mol/l，硼氢化钠1～1.5mol/l，硫酸亚铁0.05～0.1mol/l，pvp0.001～0.002mol/l，氢氧化钠0.06～0.10mol/l。

制备方法包括如下步骤：

s1：将硼氢化钠与氢氧化钠粉末溶解在去离子水中并在磁力搅拌作用下形成透明的硼氢化钠水溶液；

s2：取适量锂锌铁氧体颗粒、硫酸亚铁、pvp加入到去离子水中机械搅拌30min；

s3：将硼氢化钠水溶液与含有锂锌铁氧体的混合溶液滴入化学镀反应槽，进行充分反应；

s4：用磁铁收集反应的生成物并进行清洗和干燥，并进行研磨，得到最终的产品：表面长有纳米铁片的锂锌铁氧体粉末。

锂锌铁氧体由金属盐溶液、柠檬酸钠和氨水制备而成。

的锂锌铁氧体包括有：锂元素、锌元素、铁元素、铈元素和氧元素；

各种元素的化学计量配比为，锂：锌：铁：铈：氧＝0～0.4：0.1～1：2～2.45：0.2～0.7：4；

金属盐溶液包括硝酸锂、硝酸锌、硝酸铁、硝酸铈溶液。

金属盐溶液中的金属离子的总摩尔数与柠檬酸分子的摩尔比为0.8～1.2。

锂锌铁氧体的制备过程如下：

a.根据锂锌铁氧体特定的化学计量比称取定量的的硝酸锂、硝酸锌、硝酸铁和硝酸铈这些金属化合物，并将其一起溶解于去离子水中，电磁搅拌至均匀的透明混合金属盐溶液；

b.向步骤(a)中的透明金属盐溶液中先后加入柠檬酸与氨水，并辅以电磁搅拌成溶胶，滴加的氨水能使溶液或溶胶ph值呈中性；

c.将步骤(b)中所得的溶胶放置在水浴恒温锅中，温度设为60～80℃；数小时之后，将形成的湿凝胶移入真空干燥箱中，120℃温度下8～12个小时后干燥成干凝胶；

d.然后将干凝胶放置于水平管式炉，以160、200、240、280℃/h的升温速率升至1000-1500℃煅烧干凝胶，最后随炉冷却变得到掺杂了稀土元素铈的锂锌铁氧体。

实施例1，制备基于铁氧体的电磁吸波剂；

本实施例的锂锌铁氧体颗粒，各组分化学计量比如下：

金属盐溶液各元素的化学计量配比锂：锌：铁：铈：氧＝0.4:0.2：2.35:0.3:4；

所述的金属盐溶液包括硝酸锂、硝酸锌、硝酸铁、硝酸铈溶液；

所述金属盐溶液中的金属离子的总摩尔数与柠檬酸分子的摩尔比为1。

本发明还提供了所述锂锌铁氧体的制备，包括如下步骤：

a.根据锂锌铁氧体的特定的化学计量比称取定量的的硝酸锂、硝酸锌、硝酸铁、硝酸铈等金属化合物，并将其一起溶解于去离子水中，电磁搅拌至均匀透明的混合金属盐溶液。

b.根据步骤(a)中金属盐总摩尔数称取柠檬酸溶液，并向步骤(a)中的透明金属盐溶液中先后加入柠檬酸与氨水，并辅以电磁搅拌。氨水滴加的量是能够使上述溶液/溶胶ph值呈中性。

c.将步骤(b)中所得的溶胶放置在水浴恒温锅中，温度设为70℃。数小时之后，将形成的湿凝胶移入真空干燥箱中，120℃温度下8～12个小时后干燥成干凝胶。

d.然后将干凝胶放置于水平管式炉，以160、200、240、280℃/h的升温速率升至1200℃煅烧干凝胶，最后随炉冷却变得到掺杂了稀土元素铈的锂锌铁氧体。

本实施例中，基于铁氧体的低频电磁吸波颗粒的制备按反应物浓度各组分包括锂锌铁氧体颗粒0.6mol/l，硼氢化钠1.4mol/l，硫酸亚铁0.05mol/l，pvp0.002mol/l，氢氧化钠0.06mol/l。

本实施案例中所述基于铁氧体的低频电磁吸波颗粒的制备方法具体包括如下步骤：

a.将硼氢化钠与氢氧化钠粉末溶解在去离子水中并在磁力搅拌作用下形成透明的硼氢化钠水溶液；

b取适量锂锌铁氧体颗粒、硫酸亚铁、pvp加入到去离子水中机械搅拌30min。

c.将硼氢化钠水溶液与含有锂锌铁氧体的混合溶液滴入化学镀反应槽，进行充分反应；

e.用磁铁收集反应的生成物并进行清洗和干燥，并进行研磨，得到最终的产品：表面长有纳米铁片的锂锌铁氧体粉末。

本实施例中，所述还原剂为硼氢化钠。同等操作条件下，将硼氢化钠按照同等摩尔比浓度替换为甲醛、酒石酸钾钠、硫酸肼、乙二醛、二甲基氨硼烷、米吐尔；或者按照同等重量百分比替换为两种及其以上的混合物，均得到合格花状羰基铁颗粒。

本实施例中，所述铁盐为七水硫酸亚铁。同等操作条件下，将七水硫酸亚铁按照同等摩尔浓度替换为氯化铁、硫酸铁、氯化亚铁、硝酸铁中的至少一种，均得到类似核壳结构的基于铁氧体的低频吸波颗粒。

本实施例中，所述的络合剂为聚乙烯吡咯烷酮(pvp)。同等操作条件下，将聚乙烯吡咯烷酮(pvp)按照同等摩尔浓度替换为氨三乙酸钠(nta)、乙二胺四乙酸盐(edta二钠或四钠)、二乙烯三胺五羧酸盐(dtpa)、乙二胺四甲叉磷酸钠(edtmps)；或者按照同等摩尔浓度替换为两种及其以上的混合物，均得到类似核壳结构的基于铁氧体的低频吸波颗粒。

实施例2，制备基于铁氧体的电磁吸波剂；

本实施例的锂锌铁氧体颗粒，各组分化学计量比如下：

金属盐溶液各元素的化学计量配比锂：锌：铁：铈：氧＝0.25:0.5：2.3:0.2:4；

所述的金属盐溶液包括硝酸锂、硝酸锌、硝酸铁、硝酸铈溶液；

所述金属盐溶液中的金属离子的总摩尔数与柠檬酸分子的摩尔比为1。

本发明还提供了所述锂锌铁氧体的制备，包括如下步骤：

a.根据锂锌铁氧体的特定的化学计量比称取定量的的硝酸锂、硝酸锌、硝酸铁、硝酸铈等金属化合物，并将其一起溶解于去离子水中，电磁搅拌至均匀透明的混合金属盐溶液。

b.根据步骤(a)中金属盐总摩尔数称取柠檬酸溶液，并向步骤(a)中的透明金属盐溶液中先后加入柠檬酸与氨水，并辅以电磁搅拌。氨水滴加的量是能够使上述溶液/溶胶ph值呈中性。

c.将步骤(b)中所得的溶胶放置在水浴恒温锅中，温度设为70℃。数小时之后，将形成的湿凝胶移入真空干燥箱中，120℃温度下8～12个小时后干燥成干凝胶。

d.然后将干凝胶放置于水平管式炉，以160、200、240、280℃/h的升温速率升至1100℃煅烧干凝胶，最后随炉冷却变得到掺杂了稀土元素铈的锂锌铁氧体。

本实施例中，基于铁氧体的低频电磁吸波颗粒的制备按反应物浓度各组分包括锂锌铁氧体颗粒0.6mol/l，硼氢化钠1.4mol/l，硫酸亚铁0.05mol/l，pvp0.002mol/l，氢氧化钠0.06mol/l。

本实施案例中所述基于铁氧体的低频电磁吸波颗粒的制备方法具体包括如下步骤：

a.将硼氢化钠与氢氧化钠粉末溶解在去离子水中并在磁力搅拌作用下形成透明的硼氢化钠水溶液；

b取适量锂锌铁氧体颗粒、硫酸亚铁、pvp加入到去离子水中机械搅拌30min。

c.将硼氢化钠水溶液与含有锂锌铁氧体的混合溶液滴入化学镀反应槽，进行充分反应；

e.用磁铁收集反应的生成物并进行清洗和干燥，并进行研磨，得到最终的产品：表面长有纳米铁片的锂锌铁氧体粉末。

本实施例中，所述还原剂为硼氢化钠。同等操作条件下，将硼氢化钠按照同等摩尔比浓度替换为甲醛、酒石酸钾钠、硫酸肼、乙二醛、二甲基氨硼烷、米吐尔；或者按照同等重量百分比替换为两种及其以上的混合物，均得到合格花状羰基铁颗粒。

本实施例中，所述铁盐为七水硫酸亚铁。同等操作条件下，将七水硫酸亚铁按照同等摩尔浓度替换为氯化铁、硫酸铁、氯化亚铁、硝酸铁中的至少一种，均得到类似核壳结构的基于铁氧体的低频吸波颗粒。

本实施例中，所述的络合剂为聚乙烯吡咯烷酮(pvp)。同等操作条件下，将聚乙烯吡咯烷酮(pvp)按照同等摩尔浓度替换为氨三乙酸钠(nta)、乙二胺四乙酸盐(edta二钠或四钠)、二乙烯三胺五羧酸盐(dtpa)、乙二胺四甲叉磷酸钠(edtmps)；或者按照同等摩尔浓度替换为两种及其以上的混合物，均得到类似核壳结构的基于铁氧体的低频吸波颗粒。

本发明的益处：本发明制备的基于铁氧体的电磁吸波颗粒，在低频电磁波段有着良好的电磁吸波效果，主要吸收频段0.1-4ghz。主要针对民用各种电子电力设备电磁干扰问题研发的一款能够吸收掉雷达、电视广播的发射系统、射频及微波治疗设备、微波炉、电磁炉、电脑、电视、手机等辐射出来的电磁波。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。