[发明专利]碳包覆磁性四氧化三铁空心球材料及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了碳包覆磁性四氧化三铁空心球材料及其制备方法与应用，为纳米空心核壳结构，所述纳米空心核壳结构由外壳和内核构成，内核为磁性四氧化三铁的空心球。制备方法为：将铁盐、铵盐与醇溶液进行溶剂热反应获得磁性四氧化三铁空心球，将磁性四氧化三铁空心球与碳源混合后进行密闭加热反应获得碳包覆磁性四氧化三铁空心球材料；其中，溶剂热反应条件为：温度80～250℃，时间为10.5～17.5h。本发明提供的材料不仅具有优良的吸波效果，而且制备方法简单易行、成本低，极具工业化应用前景。

技术领域

本发明属于电磁波吸收材料技术领域，涉及碳包覆磁性四氧化三铁空心球材料及其制备方法与应用。

背景技术

公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

随着各种电器电子设备大量出现在人们的日常生活中，在为人们的生活提供了很大程度上的便利的同时，电磁辐射污染也干扰了人们的正常生活，严重时甚至威胁到人体正常机能，电磁辐射污染已成为严重威胁人体健康的第五大污染。电磁波还能够干扰其他电子设备的正常运行，损坏精密电子设备。严重的电磁泄露会使得人们的各种信息通过泄露的电磁波散布在空间中。在军事武器装备方面，电磁波吸收材料作为雷达隐身技术的一个重要组成部分，在军队武器研究中占有重要地位。因此，电磁波吸收材料越来越引起人们的广泛关注和重视。发明人发现，现有的磁性吸波材料存在制备方法复杂、阻抗匹配性差、吸收电磁波的性能较差等缺点，并且现有的材料不能对8～12GHz的电磁波具有较强的吸收效果。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本发明的目的是提供碳包覆磁性四氧化三铁空心球材料及其制备方法与应用，不仅具有优良的吸波效果，而且制备方法简单易行、成本低，极具工业化应用前景。

为了实现上述目的，本发明的技术方案为：

一方面，一种碳包覆磁性四氧化三铁空心球材料，为纳米空心核壳结构，所述纳米空心核壳结构由外壳和内核构成，内核为磁性四氧化三铁的空心球。

碳包覆磁性四氧化三铁空心球材料，碳层通过范德华力包覆在磁性四氧化三铁空心球表面，通过碳层的介电损耗和磁性四氧化三铁的磁损耗的协同效应，获得较好的阻抗匹配，从而具有优异的吸波性能。相比于碳包覆磁性四氧化三铁实心球，入射电磁波进入空心球内部时，能够在空腔内部进行更多的反射散射损耗，且在空腔内反射损耗路径较长，耗散的电磁波越多，即吸波性能越好。

碳包覆磁性四氧化三铁空心球材料，由于碳层和磁性四氧化三铁空心球之间的界面，磁性四氧化三铁内部空腔壁的较大比表面积，使得电磁波入射进材料内部时，能够产生较多的界面极化，有利于电磁波的耗散，提升其吸波性能。

另一方面，一种碳包覆磁性四氧化三铁空心球材料的制备方法，将铁盐、铵盐与醇溶液进行溶剂热反应获得磁性四氧化三铁空心球，将磁性四氧化三铁空心球与碳源混合后进行密闭加热反应获得碳包覆磁性四氧化三铁空心球材料；其中，溶剂热反应条件为：温度80～250℃，时间为10.5～17.5h。

本发明的铁盐、铵盐与醇溶液的溶剂热反应体系中，在反应过程中磁性四氧化三铁空心球形核长大，在铵盐作用下通过柯肯达尔效应形成空心结构。经过实验发现，时间为10h时获得实心结构，而时间过长时(18h)，过度的柯肯达尔效应使得部分空心球壁厚过薄导致球状破坏。

本发明中的优化后的参数制备的碳包覆磁性四氧化三铁空心球材料，通过合理的碳层厚度以及磁性四氧化三铁空心尺寸的调控，通过碳层的介电损耗和磁性四氧化三铁的磁损耗的协同效应，获得较好的阻抗匹配，从而具有优异的吸波性能。

本发明通过密闭加热反应使得碳层在磁性四氧化三铁空心球表面形成过程中，能够产生较多的界面极化，从而提升其吸波性能。