[发明专利]一种壳核结构的碳包覆铁基纳米晶合金复合粉体电磁波吸收剂及其制备方法

说明书

本发明提供一种壳核结构的碳包覆铁基纳米晶合金复合粉体电磁波吸收剂：粉体平均粒径为3～10微米；核心部纳米晶合金为非晶和α‑Fe的复合组织，合金成分为Fe_bal.Si_aB_b，Si、B的原子百分比含量均为3～15，Fe为余量；壳层部为非晶C，占复合粉体的重量百分比含量为5～25。还提供一种该复合粉体的制备方法：首先通过球磨法分别制备Fe基纳米晶合金粉和C粉，然后将二者混合后球磨获得复合粉体。该复合粉体可实现磁导率与介电常数间良好的阻抗匹配，在8～18GHz频率范围内具有强电磁波吸收能力，并兼制备工艺简单、密度低、吸波层厚度薄等优点，解决了现有吸波材料综合性能差或制备工艺复杂的不足。

技术领域

本发明涉及新材料技术领域，具体而言，尤其涉及一种壳核结构的碳包覆铁基纳米晶合金复合粉体电磁波吸收剂及其制备方法。

背景技术

随着电子设备向微型化、集成化和高频化方向发展，加之新一代无线通讯、无线充电等技术的普及和雷达探测技术的进步，频率在GHz范围内的高频电磁波在民用和军事领域中的使用越来越多。由此带来的电磁波辐射和干扰已成为继水污染、大气污染和噪声污染之后新的污染源。电磁波辐射和干扰不仅对电子设备、精密仪表、通讯信号等产生很大的干扰，还会对人类的健康造成影响。研制出高性能电磁波屏蔽材料或电磁波吸收材料，克服电磁波辐射和干扰带来的危害，具有重要意义和价值。

铁基纳米晶软磁合金因其高的饱和磁化强度和高频磁导率在GHz频段电磁波吸收领域中具有广阔的应用前景，但其仅存在单一的磁损耗、密度大、易腐蚀，难以达到现代高性能吸波材料的综合要求。具有良好介电损耗特性的石墨等碳材料密度低、耐高温和腐蚀，但单一的碳材料也存在吸波频率范围窄、吸波强度低的不足。将铁基纳米晶合金和碳材料进行复合改性，有望发挥磁损耗-介电损耗的协同效应，并且在提升吸波性能的同时降低吸波剂密度，提高稳定性。

碳材料与磁性合金通常以简单掺混、叠层、壳核或胶囊形式复合。Chuai等[ComposPart A89(2016)33]首先采用气雾化法制备出Fe_0.2P_0.05C_0.45B_0.3非晶粉末，再通过球磨将非晶粉与石墨烯混合获得复合粉体，其最小反射损耗(RL_min)为-45.3dB，但有效吸收带宽(Δf_RL-10dB)，即反射损耗(RL)低于-10dB的频率范围仅为5.4GHz，吸波涂层的厚度达2.0mm。简单掺混复合很难达到对合金表面改性的目的，而且掺混过程中粉体会发生团聚。袁俊[华中科技大学硕士学位论文2012]将铁基磁粉与二氧化钛掺混后发现其吸波性能改善并不明显，且二氧化钛有明显团聚现象。以磁性合金为核心、碳材料为壳的核壳结构复合吸波剂不仅可以实现磁/介电损耗互补、核壳之间异质界面产生界面极化效应而改善吸波性能，还可以提高材料的耐腐蚀和抗氧化性能。此外，还可通过改变核心与壳层的比例、微观形貌和空间位置等方式实现吸波性能的调控。目前，壳核型电磁波吸收剂常用水/溶剂热法、化学镀/电镀法、电弧法及溶胶-凝胶法等工艺制备。Lv等[ACS Appl Mater Inter8(2015)4744]通过水热反应法合成了Fe₂O₃@CoFe₂O₄复合物，其在涂层厚度为2mm、频率为16.5GHz处获得RL_min为-60dB，Δf_RL-10dB为5GHz。Kuang等[Mater Res Bull 126(2020)110837]采用化学气相沉积制备出超细FeNi-C核壳纳米粒子，在涂层厚度为2.2mm时，RL_min为-63.7dB，Δf_RL-10dB为6.5GHz。Zhang等[Appl.Phys.Lett.89(2006)053115]采用电弧等离子体法合成Ni@C纳米粒子，其在13GHz下具有RL_min为-32dB，Δf_RL-10dB为4.3GHz。尽管上述核壳型电磁波吸收剂表现出良好吸波性能，但制备多限于实验室中进行，工艺复杂，生产效率较低，难以适用于大规模的工业化生产。因此，发明一种具有优异综合吸波性能、制备工艺简单高效的电磁波吸收剂具有重要意义。