[发明专利]一种铁-碳纳米复合电磁波吸收材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及到一种铁-碳纳米复合电磁波吸收材料的制备方法，属于电磁波吸收材料技术领域。

背景技术

磁损失、介电损失和导电损失材料均可以用来作为电磁波吸收体，而磁损失材料成为当前研究的热点，因为从它可以制备出更薄的电磁波吸收体。对于磁性电磁波吸收材料，材料的磁导率和介电常数决定了它的吸收性能。作为传统的磁性电磁波吸收材料，铁氧体具有强磁性和低导电率，已经得到人们广泛的研究和关注。但由于材料本身的Snoek局限性，铁氧体适用于低于GHz的频率范围。在高频率的GHz范围内，由于磁导率急剧减小，铁氧体在高频率范围中的吸收性能大大降低，导致其吸收层的厚度增加。然而金属磁体具有很高的饱和磁化率，它的Snoek局限性在很高的频率范围，即使在高频的范围中它的磁导率还能保持很高，因而就能制备出更薄、更轻质、适用频率范围更加宽的电磁波吸收材料。但是当金属磁体用于电磁波吸收材料时也存在一个严重的问题，通常它们有很高的导电率，在电磁波环境中产生的涡流损失可以使材料的磁导率减小，从而严重影响材料的吸收性能。为了减少涡流损失就需要使用纳米尺寸的金属磁体作为电磁波吸收材料，同时将纳米金属磁体颗粒均匀分布在非导体介质中或者在磁体颗粒的表面包裹一层非导电薄膜用来抑制涡流损失。Fe/ZnO，Fe/SiO₂，Ni和Fe/铁氧体，Fe/稀土氧化物等金属磁体和金属氧化物纳米复合体的电磁波吸收性能已经有了报道，参见文献：IEEE Trans.Magn.35，3502(1999)，J.Appl.Phys.87，5627(2000)，J.Nanoparticle Research 11，2097-2104(2009)，Appl.Phys.Lett.88，062503(2006)，J.Al loys Compd.330，301(2002)。但受金属磁体的颗粒尺寸大小、形态以及均匀性的影响，难以满足高性能电磁波吸收材料的要求；另外，其复杂的制备工艺和较高的制作成本也难以满足大规模工业化生产的需求。

CN101650977A(200910306803.9)公开了一种纳米铁氧化物/石墨复合电磁波吸收材料及其制备方法，所述的材料是由纳米铁氧化物和石墨两部分构成复合粉，复合粉的石墨层间和表面附着均匀分布的纳米铁氧化物。该材料属于铁氧化物的复合材料。迄今为止，C包裹金属铁纳米颗粒的复合材料作为电磁波吸收体在国内外均未见报道。

发明内容

本发明针对现有电磁波吸收材料存在的不足，提供一种铁-碳纳米复合电磁波吸收材料的制备方法，本发明制得的C包裹铁这种复合材料具有电磁波吸收性能好，吸收覆盖频率范围宽，吸收层薄，轻质，耐腐蚀和抗氧化能力强，制备工艺简单以及成本低的特点。

本发明的技术方案如下：

一种铁-碳纳米复合电磁波吸收材料，是一种由C与铁组成的多相纳米复合材料，纳米级C包裹在铁纳米颗粒的外面形成C膜，C与铁质量比为：1～60∶40～99；

所述的C是无定型碳或石墨。

优选的，所述C与铁质量比为：2～30∶70～98；

进一步优选的，所述C与铁质量比为：5～20∶80～95；

最优选的，所述C与铁质量比为：7～10∶90～93。

本发明的铁-碳纳米复合电磁波吸收材料的制备方法，使用羰基合铁(Fe(CO)5)作为铁的前驱体，甲烷或乙炔作为C的前躯体，羰基合铁用载气引入到气体反应器中，甲烷或乙炔直接通入气体反应器中，在300-1000℃反应温度条件下直接合成铁-碳纳米复合材料；所述载气的流量为50-150SCCM，甲烷或乙炔的流量为10-100SCCM。

引入气体反应器的羰基合铁、甲烷或乙炔的比例是通过调节载气、甲烷或乙炔的流量来控制。

所述的载气选自氩气、氮气之一或组合。优选99.99％的高纯氩气或氮气。

优选的，上述反应温度是300-600℃。

本发明的反应原理如下：

在300-1000℃条件下反应器混合气体中的羰基合铁分解得到铁的纳米颗粒，羰基生成一氧化碳气体排出。甲烷或乙炔分解得到C(在300-700℃范围内得到无定型碳，700-1000℃范围内得到石墨)，C包裹在铁纳米颗粒的外面形成C膜。所得铁-碳纳米复合材料的平均纳米数为20-100nm。