[发明专利]一种磁性铁基石墨插层化合物及制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种磁性铁基石墨插层化合物及其制备方法，该材料是以石墨微粉为原料，经过预氧化、氯化铁混合、干燥、插层、酸洗及还原制备得到，属于电磁材料领域。

背景技术

电磁屏蔽可以减少电子电器的电磁辐射强度，降低电磁辐射污染，同时还可以避免电子电器受外界电子干扰，避免电子电器因干扰而产生误动；常用的电磁屏蔽材料有金属板、金属网、屏蔽织物以及屏蔽涂料等。根据电磁屏蔽的原理，单纯采用高导电性金属作为屏蔽材料，屏蔽主要是反射部分的贡献，而被反射的电磁波并没有消失，它会对屏蔽区域外的其它区域产生新的辐射危害，形成二次电磁污染。吸波材料可以吸收电磁波并将其转变为热能，避免这一缺陷，常见的吸波材料如铁氧体、羰基铁粉等，具有较高的磁损耗正切值，依靠磁滞损耗、筹壁共振、后效损耗等磁极化机制衰减、吸收电磁波；另外一些材料如导电炭黑、石墨等碳材料，具有较高的电损耗正切值，依靠介质的电子极化或界面极化衰减，也可以吸收电磁波，起到电磁屏蔽作用。

常见的电磁屏蔽材料主要有金属Cu、Ag、Fe、Ni等材料，它们具有高的电导率和优良的力学性能，屏蔽效能优异，但密度大、易腐蚀、不易加工；为了解决这类不足，人们研究了多种新型电磁屏蔽材料，其中关注度较高的是高分子基的导电或导磁材料，从形式上看，一种是电磁屏蔽涂料，它施工容易、成本低，但电磁屏蔽性能相对较差、稳定性不足。另一种是结构型高分子，它具有使用方便、质量轻、易加工成型等优点，应用潜力巨大，但屏蔽效能和稳定性尚需提高。

在高分子基质的屏蔽材料中，常用的导电或导磁填料粉体有金属银粉、金属铜粉、石墨粉、金属镍粉、羰基铁粉、铁氧体粉等。在这些粉体中，金属银粉屏蔽效能优异、性能稳定，但成本较高(售价约7000～10000元/公斤)；金属铜粉初始性能较好，但容易氧化、性能不稳；石墨粉性能稳定、密度小、成本低(10～50元/公斤)，但导电性较差、屏蔽效能一般；金属镍粉性能稳定、磁性较好、价格适中(200～800元/公斤)、屏蔽性能较好，是目前电磁屏蔽涂料的主流填料；羰基铁粉磁性优异、吸波性能良好，但成本较高、易氧化；铁氧体粉磁性较好、吸波性能较好，但不导电、密度大、屏蔽效能一般。

综合的看，上述填料都有着自身的不足。由屏蔽原理可知，理想的电磁屏蔽材料应该是导电性和导磁性的平衡，也就是要求屏蔽材料的导电性和导磁性都应较高，这种材料在较大的频率范围内都具有良好的电磁屏蔽性能。因此，具有高电导率与高磁导率的填料一直是电磁屏蔽材料发展的方向。

石墨是碳材料中导电性能最好的一种，其线性电导率约为10⁵～10⁴S/cm。以石墨为原料可制备得到石墨层间插层化合物(graphite intercalation compounds，简称GIC)，其电导率比原料石墨高一个数量级以上，部分GIC(如SbF₅-GIC)的电导率高于金属铜，它们是良好的电磁屏蔽材料，但稳定性、耐候性很差，没有应用价值。氯化铁插层的石墨层间化合物FeCl₃-GIC在空气中具有较高的结构稳定性，具备较好的实际应用价值，一般用双室法和熔盐法等方法制备得到；双室法利用分别放在熔封玻璃反应器两端的FeCl₃(蒸气)与石墨反应，GIC的阶指数可控，但装置复杂、反应时间长、温度高。熔盐法(也称液相法)是最具应用价值的制备方法，它是利用两种或两种以上的物质形成的熔盐体系，在较低的温度下实现插层，装置简单效率高，适合大规模制备。文献[炭素技术，1990，5，7]介绍了一种熔盐法制备FeCl₃-GIC的方法，该法直接将石墨与无水FeCl₃混合，加热到FeCl₃熔点以上，熔化的液相FeCl₃直接与石墨反应得到FeCl₃-GIC，但需要高真空、无水无氧环境。文献[化学与生物工程，2006，5，9]报道了一种混合熔盐法制备CoCl₂-FeCl₃-GIC的方法，也是将装入玻璃容器，抽真空后充氮气，保证无氧无水状态后熔封密封，反应温度高、反应时间长(8h)。文献[新型炭材料，2000，1，18]也报道了类似方法。综合文献，熔盐法制备FeCl₃-GIC都需要熔封在玻璃反应器中，在无水和无氧条件下反应得到，这些操作在实际应用过程中操作复杂、难度大。