[发明专利]一种壳层‑芯层结构纳米复合吸波材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于化学纤维吸波材料领域，具体涉及壳层-芯层结构纳米复合纤维吸波材料及其制备方法。

背景技术

锶铁氧体(SrFe₁₂O₁₉)是一种铁磁材料，具有高的矫顽力、较大的饱和磁化强度和优异的化学稳定性等优点，被广泛应用于磁记录器件、微波吸收材料等领域。

钛酸钡(BaTiO₃)是一种铁电材料，具有高的介电常数、优良的铁电和压电性能，具有化学稳定性好、成本低廉等特点，钛酸钡材料可应用于消除电磁污染危害、防止电磁干扰以及电磁信息暴露等方面，但它们存在吸收频带窄、吸收强度低等缺点。

目前，单一的材料很难满足不同形式的需求，纳米材料发展趋于多元化，对于吸波材料，将铁氧体吸波剂(锶铁氧体、镍铁氧体等)和介质陶瓷类吸波剂(钛酸钡、碳化硅、氮化硅等)相结合，可使复合材料的相对磁导率约等于相对介电常数，可提高材料的吸波性能。常用材料复合的方法有很多，主要包括同轴静电纺丝法、原位复合法、共混法等。其中，同轴静电纺丝技术可以制得壳-核型纤维，具有选择范围宽、复合效率高、装置简便、成本低廉、工艺可控性高等特点，渐渐成为制备纳米复合纤维材料的主要途径之一。

专利CN104987056将镍铜锌铁氧体及秘系类钙钛矿铁电陶瓷通过球磨方法混合，获得铁-铁电复合材料，但球磨过程中金属氧化物颗粒易产生自聚现象，且过程冗杂。

专利CN102093045采用均匀共沉淀异相包覆法制备核壳结构钛酸钡-钡铁氧体复合粉体材料，但由于各金属的沉淀值不一样，反应条件要求苛刻。

文献Avinash B,Yiu W M,Rattikorn Y,Sujitra U.RSC Adv,2014,4:55217-55223中，通过共混法制备BaTiO₃、CoFe₂O₄复合前驱体纺丝液，通过静电纺丝方法将BaTiO₃、CoFe₂O₄复合，并检测其磁电性能。但经过表征发现，复合产物中存在不确定物质，产品的纯度对最终的性能影响较大。

目前，采用同轴静电纺丝制备壳层-芯层结构铁氧体/钛酸钡纳米复合纤维材料并应用于微波吸波领域的研究未见报道。

发明内容

本发明的目的是提供一种壳层-芯层结构纳米复合纤维吸波材料及其制备方法，该材料应用于微波吸波领域。

本发明的技术方案是，利用同轴静电纺丝技术来制备MFe₁₂O₁₉/BaTiO₃复合前驱体纤维，经高温煅烧，得到具有壳层-芯层结构的复合纳米纤维。本方法制备的产品均一稳定，工艺可控性高，没有不确定物质存在。

本发明提供的壳层-芯层结构纳米复合纤维吸波材料，可表示为MFe₁₂O₁₉/BaTiO₃，其中M²⁺代表二价金属离子Sr²⁺、Ba²⁺、Pb²⁺中的一种；该纳米复合纤维材料为壳层-芯层结构，其外层直径为160-180nm，内层直径为40-80nm，纤维粗细均匀，表面光滑。

上述壳层-芯层结构纳米复合纤维吸波材料的制备方法，具体步骤如下：

A.室温下，将混合硝酸盐、聚乙烯吡咯烷酮和N,N-二甲基甲酰胺按比例混合配制壳层溶液，其中硝酸盐、聚乙烯吡咯烷酮、N,N-二甲基甲酰胺质量比为1：(1-3)：(10-15)；

所述混合硝酸盐是二价硝酸盐M(NO₃)₂、硝酸铁的混合物，其中M²⁺与Fe³⁺的摩尔比为1:12，其中M²⁺代表二价金属离子Sr²⁺、Ba²⁺、Pb²⁺中的一种；

B.将聚乙烯吡咯烷酮、乙醇、乙酸钡、钛酸四丁酯、冰醋酸及水按比例混合配制芯层溶液，其中聚乙烯吡咯烷酮、乙醇、乙酸钡、钛酸四丁酯、冰醋酸、水的质量比为1：(8-12)：(2-5)：(2-5)：(5-8)：(1-3)；并且乙酸钡与钛酸四丁酯的摩尔比为1:1；

所述壳层溶液与芯层溶液中所用的聚乙烯吡咯烷酮为有机高分子助纺剂，其分子量为100000-130000；