[發(fā)明專利]金屬-半導體型電磁波吸收納米復合材料及其制備方法

無效

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• 申請日: 2011-11-09
• 公開（公告）號: CN102416467A
• 公開（公告）日: 2012-04-18
• 發(fā)明（設計）人: 張強;張志東
• 申請（專利權）人: 中國科學院金屬研究所
• 主分類號: B22F1/00
• 分類號: B22F1/00;B22F9/04;B22F9/20;H05K9/00;H01F1/12
• 代理公司: 沈陽優(yōu)普達知識產(chǎn)權代理事務所(特殊普通合伙) 21234
• 代理人: 張志偉

技術領域：

本發(fā)明涉及電磁波吸收材料領域，具體為一種具有多重共振性能的金屬-半導體型電磁波吸收納米復合材料及其機械化學改進合成制備方法，這種材料具有優(yōu)異的全雷達波段吸收性能。?

背景技術：

電磁波吸收材料是武器裝備的重要材料之一，電磁波吸收材料可以大幅降低飛行器的雷達散射截面，從而提高其生存防御能力和總體作戰(zhàn)性能。自20世紀60年代以來，吸波材料受到了更多的關注，成為各國軍方研制的熱點。采用了吸波材料的軍事裝備在冷戰(zhàn)期間和冷戰(zhàn)后的各場局部戰(zhàn)爭中大放異彩，不僅如此，隨著電磁波在X波段(10-12.4GHz)和Ku波段(12.4-18GHz)的應用越來越廣，人們不得不去解決在移動電話、智能傳輸、局域網(wǎng)和雷達系統(tǒng)等應用上的電磁波沖突問題。由于納米材料的界面組元所占比例大，表面原子比例高，不飽和鍵和懸掛鍵多。?

納米材料的量子尺寸效應使電子能級分裂，而分裂的能級間距正處于微波的能量范圍，磁性納米粒子還具有較高矯頑力引起的磁滯損耗。因此，納米材料具有極高的電磁波吸收性能，兼具吸波頻帶寬、密度低、厚度薄、兼容性好等優(yōu)點。?

已經(jīng)報道的吸波納米復合材料包括化學合成法、電弧爐法，而機械化學法鮮有報道。另一方面，其它方法得到的納米復合材料不具備在全波段多重共振吸收的性能。?

發(fā)明內(nèi)容：

本發(fā)明的目的是提供一種具有多重共振性能的金屬-半導體型電磁波吸收納米復合材料及其機械化學改進合成方法，解決現(xiàn)有技術中合成的納米復合材料不具備在全波段多重共振吸收的性能等問題。?

本發(fā)明的技術方案是：?

一種金屬-半導體型電磁波吸收納米復合材料制備方法，包括如下步驟：?

(1)將氧化鐵、鈦粉與占前兩者總重量5-15％的TiO₂粉在高能球磨機中球磨30-40小時，進行機械化學反應；其中，氧化鐵與鈦粉質(zhì)量的比例為1.70-1.90；?

(2)將所得粉體放到退火爐中進行退火，退火溫度為350℃-960℃(優(yōu)選為650℃-960℃)，退火時間為10-90分鐘；?

從而，獲得金屬-半導體型電磁波吸收納米復合材料，其結構和性能如下：?

球磨得到的是形狀不規(guī)則Fe晶粒與TiO₂非晶顆粒，在低于650℃退火后，所得復合材料為Fe/TiO₂，兩相緊密相連，其中Fe的平均晶粒尺寸為15-20nm，TiO₂為非晶態(tài)，F(xiàn)e/TiO₂復合材料在2-10GHz呈現(xiàn)電磁波多重共振。?

在650℃-960℃退火后，TiO₂非晶顆粒變?yōu)榫w顆粒，所得復合材料為Fe/TiO₂，兩相緊密相連，其中Fe的平均晶粒尺寸為20-60nm，TiO₂平均晶粒尺寸為25-65nm，F(xiàn)e/TiO₂復合材料在9-18GHz波段的電磁波呈現(xiàn)強烈的多重共振吸收。?

本發(fā)明中，退火爐及球磨罐中的氣氛均為氬氣；?

本發(fā)明中，氧化鐵與鈦粉質(zhì)量的比例為1.70-1.90，使鈦粉質(zhì)量20％-30％過量，以保證氧化鐵完全還原為鐵；其反應式如下：?

2Fe₂O₃+Ti→4Fe+3TiO₂

本發(fā)明中，球磨機中不銹鋼球與原料的質(zhì)量比例為15-20；?

本發(fā)明中，氧化鐵與鈦粉皆為分析純。?

本發(fā)明具有多重共振性能的金屬-半導體型電磁波吸收納米復合材料及其機械化學改進合成法，具有以下優(yōu)點：?

(1)作為一種軟磁材料，鐵具有較大的初始磁化率、飽和磁化率和飽和磁矩，在電磁波的照射下會對電磁波造成較大的磁損耗；二氧化鈦由于具有極高的介電常數(shù)，可以有效的抑制電磁波的渦流效應，所得材料在全波段皆有強烈的共振吸收。?

(2)本發(fā)明將氧化鐵與鈦粉在氬氣保護下球磨，機械混合與化學反應同步完成，所得粉體分散均勻。?

(3)本發(fā)明所用設備成本低廉，工藝簡單，利于大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)。?

(4)本發(fā)明復合材料在2-18GHz頻段內(nèi)都有強烈的吸收，因此可以作為隱形飛行器表面涂層，同時可以解決在X波段(10-12.4GHz)和Ku波段(12.4-18GHz)?在移動電話、智能傳輸、局域網(wǎng)和雷達系統(tǒng)等應用上的電磁波沖突問題。?