[发明专利]Fe-Co合金/C复合纳米纤维微波吸收剂、制备方法及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及Fe-Co合金/C复合纳米纤维微波吸收剂，还涉及上述Fe-Co合金/C复合纳米纤维微波吸收剂的制备方法及其应用，属于电磁波吸收材料领域。

背景技术

电磁波吸收材料在军工及民事方面均有着广泛的应用，已经成为军事装备电磁隐身、电磁屏蔽和抗电磁辐射干扰等技术领域研究的热点。吸波材料对电磁波的吸收主要依赖于填充其中的电磁波吸收剂。随着纳米技术的发展，传统吸收剂如铁氧体和磁性金属材料的低维纳米化使其对电磁波的吸收性能虽然有了很大程度的提高和改善，但单一组分吸收剂还是难以满足现代科学技术发展对吸波材料性能所提出的“厚度薄、质量轻、频带宽、吸收强”的要求。于是将多种吸收剂进行复合制成纳米结构复合吸波材料可能是实现吸波性能实质突破的有效途径之一，同时也是吸波材料未来发展的一个重要方向。利用复合材料的协同效应和电磁参数可调的优点，将不同吸收频段、不同损耗机制的吸收剂进行多元复合，通过调节材料的结构组成、微观形貌以及电磁参数以实现其阻抗匹配，从而以达到低密度、强吸收和宽频带的效果。

传统吸波材料往往因为密度大、稳定性差或吸收频带窄、匹配厚度大等缺点制约了其发展和应用。纳米碳纤维作为一种重要的吸波材料，凭借其低密度、耐高温、抗腐蚀和优异的电学性能等优点受到人们的青睐。然而作为典型的介电损耗材料，其电磁匹配性较差，对电磁波具有强烈的反射性。目前，应用中的纳米碳纤维吸波材料多为表面包覆磁性金属涂层或磁性氧化物涂层，以达到对纳米碳纤维进行磁改性及改善其电磁匹配的目的，所获得的复合材料的吸波性能均优于单一使用时的性能。但由于所镀或沉积的磁性金属或合金涂层位于碳纤维的表面，其抗氧化和耐腐蚀性能较差，从而在一定程度上限制了此类磁性碳纤维复合材料在一些复杂环境下的正常使用。本发明采用静电纺丝结合后期热处理一步合成了磁性Fe-Co合金/C复合纳米纤维微波吸收剂，制备工艺简单，Fe-Co合金纳米粒子较为均匀地嵌入在碳纳米纤维中，且被石墨化碳层所包裹，杜绝了与空气的接触，大大提高了其抗氧化和耐腐蚀能力，所制备的Fe-Co合金/C复合纳米纤维微波吸收剂是一种质轻、宽频、强吸收、综合性能优良的电磁波吸收材料。

发明内容

发明目的：本发明所要解决的技术问题是提供一种质轻、宽频、强吸收、综合性能优良的Fe-Co合金/C复合纳米纤维微波吸收剂，本发明还要解决的技术问题是提供上述Fe-Co合金/C复合纳米纤维微波吸收剂的制备方法，本发明最后要解决的技术问题是提供上述Fe-Co合金/C复合纳米纤维微波吸收剂的应用。

发明内容：为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案为：

一种Fe-Co合金/C复合纳米纤维微波吸收剂，包括Fe-Co合金纳米颗粒和碳纳米纤维，所述Fe-Co合金纳米颗粒均匀分布于碳纳米纤维的内部或表面，且Fe-Co合金纳米颗粒被石墨化碳层包裹。

其中，该复合纳米纤维微波吸收剂具有分级结构，在复合纳米纤维微波吸收剂表面生长有碳纳米管。

其中，该复合纳米纤维微波吸收剂的平均直径为150～550nm。

上述Fe-Co合金/C复合纳米纤维微波吸收剂的制备方法，包括如下步骤：

步骤1，将所需量的聚丙烯腈加入到适量的二甲基甲酰胺中，加热并搅拌至聚丙烯腈完全溶解，再加入所需量的乙酰丙酮铁和乙酰丙酮钴，继续搅拌得到均匀、透明、稳定的纺丝溶液；

步骤2，通过步骤1的溶液进行静电纺丝制备聚丙烯腈/乙酰丙酮铁钴+乙酰丙酮铁复合前驱体纤维；

步骤3，将步骤2得到的前驱体纤维先预氧化，然后再进行碳化，最后得到不同Fe-Co合金以及C含量的Fe-Co合金/C复合纳米纤维微波吸收剂。

其中，步骤1中，纺丝溶液中聚丙烯腈的质量分数为5～12%，优选6～10%，乙酰丙酮钴的质量分数为4～13%，优选6～10%，乙酰丙酮铁的质量分数为4～13%，优选6～10%。

其中，步骤2中，静电纺丝的工艺参数为：电压10～22kV，优选11～17kV，溶液推进速率0.2～0.8mL/h，优选0.3～0.6mL/h，接收距离为15～25cm，优选18～23cm，温度为15～30℃，湿度小于60%。

其中，步骤3中，前驱体纤维预氧化的温度为180～280℃，优选220～260℃，保温时间1～3h，升温速率为1～5℃/min，优选2～3℃/min；碳化温度为600～1300℃，气氛为氩气或氮气，保温时间1～3h，升温速率为2～10℃/min，优选3～6℃/min。