[发明专利]一种用于吸波材料的纳米复合α－Fe及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及碳纳米材料及其用生物模板技术制备碳纳米材料的方法，尤其是以生物铁蛋白为原料，制备的碳包覆纳米金属材料及其制备方法。

背景技术

纳米α-Fe作为一种重要的纳米磁性材料，其在光、热、电、磁，表面活性等方面显示出与粗粒材料不同的许多奇异特性，将其用于吸波材料，由于尺寸小、比表面积大，因而其颗粒表面原子比例高，悬挂的化学键多，界面极化增大，高的比表面积造成多重散射，使电磁波易于被吸收；另一方面，量子尺寸效应的存在使得纳米α-Fe粒子的电子能级分裂，分裂的能级间隔正好处于微波的能量范围(10^-2～10^-4eV)，这为纳米α-Fe的吸波创造了新的吸波通道，增强了吸波性能。将纳米α-Fe包裹在纳米碳壳中成为纳米复合α-Fe，不但保持了纳米α-Fe原有特性，还减轻了纳米磁性材料非常严重的团聚现象，同时碳壳本身也是一种电损耗型吸波材料，有利于进一步增强材料的吸波性能，而且因为碳壳的保护，纳米复合α-Fe的抗氧化、抗腐蚀性能大为提高。

生物模板技术是利用生物铁蛋白为模板的制备纳米材料技术。铁蛋白(ferritin)球体存在于哺乳动物、植物及某些细菌中。铁蛋白分子结构由蛋白壳和铁核组成，单个蛋白球体的外径为12nm，内有一直径为8nm的腔体；蛋白壳有一定的弹性，在弹性限度内，可以适当扩张腔体的内径；该内腔通过16个分布在球壳上的，直径为0.5nm的孔径道与外界相通，铁离子通过孔径道进出蛋白腔体中。

用生物模板技术制备纳米复合α-Fe的方法，目前在国内外未见报道。中国专利CN1554727A公开了一种以生物材料淀粉为基质制备碳包覆纳米α-Fe的方法，其所得碳包覆纳米粒子粒径在20～100nm之间，包覆碳层厚度在5～8nm左右，如果用于吸波涂层，是无法达到本方法制备的纳米复合α-Fe如此小的密度，也因此会加重吸波涂层的重量，不利于实际应用中对吸波涂层要“轻”的 要求。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于吸波材料的纳米复合α-Fe及其的制备方法。

本发明的技术方案是用生物模板技术，以生物铁蛋白为原料，使铁蛋白溶解为一定浓度的胶状溶液，根据对产品尺寸的不同要求，分别采用脱除或直接使用或添加部分铁含量，再真空冷冻干燥，真空或保护气氛烧结，制得α-Fe粒径3～10nm的纳米复合α-Fe。

制备方法1：

(1)将原铁蛋白溶解于去离子水中形成0.01g/m1～10g/ml铁蛋白胶状溶液。

(2)搅拌1～3小时，真空冷冻干燥，得到干燥样品。

(3)将干燥样品真空或保护气氛烧结，烧结温度为400℃～900℃，时间1～5小时，制得纳米复合α-Fe。

制备方法2：

(1)将原铁蛋白溶解于去离子水中形成0.01g/ml～10g/ml铁蛋白胶状溶液。

(2)加入醋酸和醋酸钠的缓冲溶液将铁蛋白胶状溶液PH值控制在4.0～8.0范围，加入0.05～1mol/L的除铁剂，降低蛋白腔体中的铁浓度，得到铁原子摩尔数与铁蛋白摩尔数之比小于100的胶状铁蛋白溶液。

(3)搅拌1～3小时，真空冷冻干燥。

(4)真空或保护气氛烧结，烧结温度为400℃～900℃，时间1～5小时，制得粒径＜5nm的纳米复合α-Fe。

除铁剂是连二亚硫酸钠、巯基乙酸、NADH(还原型烟酰胺腺漂呤二核苷酸)、FMN(还原型黄素单核苷酸)等物质中的任何一种。

制备方法3：

(1)将原铁蛋白溶解于去离子水中形成0.01g/ml～10g/ml铁蛋白胶状溶液。

(2)加入三羟甲基氨基甲烷和盐酸的缓冲溶液将铁蛋白胶状溶液PH值控 制在8.0～10.0范围内，加入0.05～1mol/L的含铁物质，使铁离子进入铁蛋白腔体中，得到铁原子摩尔数与铁蛋白摩尔数之比大于1400的铁蛋白溶液。

(3)搅拌1～3小时，真空冷冻干燥。

(4)真空或保护气氛烧结，烧结温度为400℃～900℃，时间1～5小时，制得粒径＞7nm的纳米复合α-Fe。

含铁物质是氯化亚铁、硫酸亚铁、硝酸铁、醋酸亚铁、草酸铁、柠檬酸铁、氯化铁、硫酸铁等物质中的任何一种。

上述三种方法中，铁蛋白是一种存在于哺乳动物、植物及某些细菌中的蛋白球体，保护气氛是高纯氮气、高纯氩气、氢气和氮气混合气中的一种。