[发明专利]铁镍合金/镍铁氧体磁性复合纳米纤维及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及磁性纳米复合材料领域，特指一种化学组成为Fe_xNi_1-x/(Ni_yFe_1-y)Fe₂O₄的合金/镍铁氧体陶瓷复合纳米纤维及其制备方法。

背景技术

复合材料是由两种或两种以上物理和化学性质不同的物质组合而成的一种多相固体材料。复合的组分材料虽然保持其相对独立性，但复合材料的性能却不是组分材料性能的简单加和，而是有着重要的改进，复合材料既可以保持原材料的某些特点，又能发挥组合后的新特征，它可以根据需要进行设计，从而最合理地达到使用要求的性能。特点：可综合发挥各种组成材料的优点，使一种材料具有多种性能，具有天然材料所没有的性能；可按对材料性能的需要进行材料的设计和制造。

合金和铁氧体组成的复合物由于其具有独特的性能、丰富的科学内涵而引起了人们极大的关注。由于金属合金的延展性和铁氧体的强度使得该复合物具有两种组成成分的共同性质。而过度金属合金和尖晶石铁氧体复合物在磁性方面的应用则更为吸引人们的注意，由于磁性合金的磁性质侧重饱和磁化强度，而铁氧体的磁性质则侧重矫顽力，使得的该复合物具有较好的磁学性质，对饱和磁化强度和矫顽力的调控程度是铁氧体和合金单独所不能达到的；同时铁氧体在复合物中起到保护金属合金的作用，防止其被空气中氧气氧化而失去其较好的性质。近些年来，随着纳米技术的发展，人们成功合成了多种高分散性、颗粒尺寸大小在几纳米到几十纳米之间的铁合金与尖晶石复合物，但至今未见有金属或其合金与铁氧体的复合纤维材料的报道。金属合金与铁氧体的复合物将逐渐发展成为一种新型磁性材料，随着人们对此类材料的制备技术、性能及其机理的深入研究，必将在数据存储、磁记录、电磁屏蔽、微波吸波、催化、磁传感器、生物医学等方面展现出广阔的应用前景。

“薄、轻、宽、强”已成为评价现代吸波材料的重要性能指标，也是未来吸波材料发展的方向。相对于传统的各向同性吸收剂，具有各向异性的吸波纤维及其复合材料可能更具优势。深入研究新型吸波纤维特别是纳米复合型吸波线性材料对我国军事及国民生产等方面具有十分重要的意义。磁性金属或合金与铁氧体的复合纳米纤维兼容了各组分的磁性特征，同时还具有显著的形状各向异性，不但能提高材料在微波段的磁损耗和电损耗，加宽对电磁波的吸收频域，而且纤维材料本身质量较轻，在保证吸收性能的前提下有利于降低吸收体的厚度及整体质量，因此，此类复合纳米纤维应该能成为一种有发展前途的新型电磁波吸收材料。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种具有优良磁性能和微波吸收等功能的磁性铁镍合金/镍铁氧体复合纳米纤维材料；本发明的另一目的在于提供一种金属合金/铁氧体复合纳米纤维材料的制备方法。

利用静电纺丝技术并结合适当的热处理工艺制备铁镍合金/镍铁氧体复合纳米纤维材料，所得纤维材料直径较细，具有显著的形状各向异性，并兼顾了磁性合金和铁氧体的优点，有利于大量吸收电磁波和拓宽吸收频带；同时还具有较高的强度、良好的抗腐蚀性及化学稳定性、密度小等特点，适合作为复合吸波材料的增强剂以及涂覆的吸波涂层，是一种新型的电磁波吸收材料。

铁镍合金/镍铁氧体磁性复合纳米纤维，其特征在于：化学组成及分子式为Fe_xNi_1-x/(Ni_yFe_1-y)Fe₂O₄，纤维直径50～300nm，组成纤维的颗粒粒径在纳米量级。

铁镍合金/镍铁氧体磁性复合纳米纤维的制备方法及路线，其特征在于：使用金属无机盐和高聚物如PVP为原料，采用溶胶-凝胶工艺先配制出纺丝前驱体溶液，然后利用静电纺丝技术将其制成前驱体纤维，最后经过一定的热处理过程获得所需的目标产物。

上述铁镍合金/镍铁氧体复合纳米纤维的制备是通过以下的技术方案实现的：

1.将聚乙烯吡咯烷酮(PVP)溶于无水乙醇中，经搅拌后制成PVP溶液，然后根据配比要求(摩尔比，Ni/Fe＝0.5～1)称取金属铁和金属镍的硝酸盐或乙酸盐，以及适量去离子水一并加入到上述溶液中，继续搅拌以制得成分均匀的前驱体溶液，其中PVP的浓度为4～10wt％，金属盐的浓度为5～15wt％；

2.将配制好的前驱体溶液在强度为0.8～1.5kV/cm的静电场中纺制成前驱体纤维，然后置于烘箱中进行干燥。纺丝环境相对湿度在65％以下，温度为15～40℃；