[發明專利]一種殼層?芯層結構納米復合吸波材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201610244974.3
• 申請日: 2016-04-19
• 公開（公告）號: CN105862145B
• 公開（公告）日: 2018-04-03
• 發明（設計）人: 王志華;趙琳;余建華;王普紅;郭磊;丁志軍;杜斌
• 申請（專利權）人: 北京化工大學;中國人民解放軍63975部隊
• 主分類號: D01D5/00
• 分類號: D01D5/00;D04H1/728;D01F8/18
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司11203
• 代理人: 何俊玲

技術領域

本發明屬于化學纖維吸波材料領域，具體涉及殼層-芯層結構納米復合纖維吸波材料及其制備方法。

背景技術

鍶鐵氧體(SrFe₁₂O₁₉)是一種鐵磁材料，具有高的矯頑力、較大的飽和磁化強度和優異的化學穩定性等優點，被廣泛應用于磁記錄器件、微波吸收材料等領域。

鈦酸鋇(BaTiO₃)是一種鐵電材料，具有高的介電常數、優良的鐵電和壓電性能，具有化學穩定性好、成本低廉等特點，鈦酸鋇材料可應用于消除電磁污染危害、防止電磁干擾以及電磁信息暴露等方面，但它們存在吸收頻帶窄、吸收強度低等缺點。

目前，單一的材料很難滿足不同形式的需求，納米材料發展趨于多元化，對于吸波材料，將鐵氧體吸波劑(鍶鐵氧體、鎳鐵氧體等)和介質陶瓷類吸波劑(鈦酸鋇、碳化硅、氮化硅等)相結合，可使復合材料的相對磁導率約等于相對介電常數，可提高材料的吸波性能。常用材料復合的方法有很多，主要包括同軸靜電紡絲法、原位復合法、共混法等。其中，同軸靜電紡絲技術可以制得殼-核型纖維，具有選擇范圍寬、復合效率高、裝置簡便、成本低廉、工藝可控性高等特點，漸漸成為制備納米復合纖維材料的主要途徑之一。

專利CN104987056將鎳銅鋅鐵氧體及秘系類鈣鈦礦鐵電陶瓷通過球磨方法混合，獲得鐵-鐵電復合材料，但球磨過程中金屬氧化物顆粒易產生自聚現象，且過程冗雜。

專利CN102093045采用均勻共沉淀異相包覆法制備核殼結構鈦酸鋇-鋇鐵氧體復合粉體材料，但由于各金屬的沉淀值不一樣，反應條件要求苛刻。

文獻Avinash B,Yiu W M,Rattikorn Y,Sujitra U.RSC Adv,2014,4:55217-55223中，通過共混法制備BaTiO₃、CoFe₂O₄復合前驅體紡絲液，通過靜電紡絲方法將BaTiO₃、CoFe₂O₄復合，并檢測其磁電性能。但經過表征發現，復合產物中存在不確定物質，產品的純度對最終的性能影響較大。

目前，采用同軸靜電紡絲制備殼層-芯層結構鐵氧體/鈦酸鋇納米復合纖維材料并應用于微波吸波領域的研究未見報道。

發明內容

本發明的目的是提供一種殼層-芯層結構納米復合纖維吸波材料及其制備方法，該材料應用于微波吸波領域。

本發明的技術方案是，利用同軸靜電紡絲技術來制備MFe₁₂O₁₉/BaTiO₃復合前驅體纖維，經高溫煅燒，得到具有殼層-芯層結構的復合納米纖維。本方法制備的產品均一穩定，工藝可控性高，沒有不確定物質存在。

本發明提供的殼層-芯層結構納米復合纖維吸波材料，可表示為MFe₁₂O₁₉/BaTiO₃，其中M²⁺代表二價金屬離子Sr²⁺、Ba²⁺、Pb²⁺中的一種；該納米復合纖維材料為殼層-芯層結構，其外層直徑為160-180nm，內層直徑為40-80nm，纖維粗細均勻，表面光滑。

上述殼層-芯層結構納米復合纖維吸波材料的制備方法，具體步驟如下：

A.室溫下，將混合硝酸鹽、聚乙烯吡咯烷酮和N,N-二甲基甲酰胺按比例混合配制殼層溶液，其中硝酸鹽、聚乙烯吡咯烷酮、N,N-二甲基甲酰胺質量比為1：(1-3)：(10-15)；

所述混合硝酸鹽是二價硝酸鹽M(NO₃)₂、硝酸鐵的混合物，其中M²⁺與Fe³⁺的摩爾比為1:12，其中M²⁺代表二價金屬離子Sr²⁺、Ba²⁺、Pb²⁺中的一種；

B.將聚乙烯吡咯烷酮、乙醇、乙酸鋇、鈦酸四丁酯、冰醋酸及水按比例混合配制芯層溶液，其中聚乙烯吡咯烷酮、乙醇、乙酸鋇、鈦酸四丁酯、冰醋酸、水的質量比為1：(8-12)：(2-5)：(2-5)：(5-8)：(1-3)；并且乙酸鋇與鈦酸四丁酯的摩爾比為1:1；

所述殼層溶液與芯層溶液中所用的聚乙烯吡咯烷酮為有機高分子助紡劑，其分子量為100000-130000；