一種導(dǎo)電聚苯胺納米復(fù)合微波吸收材料的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于功能材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種微波吸收材料的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]信息技術(shù)的飛速發(fā)展，高頻設(shè)備的廣泛應(yīng)用，電磁輻射問題的出現(xiàn)，對(duì)軍事、商業(yè)、人體、工業(yè)的影響受到人們的關(guān)注，微波吸收材料成為人們研究的熱點(diǎn)。微波吸收材料是指通過阻抗匹配和衰減匹配吸收耗散電磁波的一種功能性材料。
[0003]傳統(tǒng)的吸波材料需要滿足對(duì)電磁波的強(qiáng)吸收，新型的微波吸收材料在滿足“薄、輕、寬、強(qiáng)”的基礎(chǔ)上，還要滿足多頻段吸收、熱穩(wěn)定性好等要求。微波吸收材料分為電阻型、電介質(zhì)型、磁介質(zhì)型，電阻型吸波劑有石墨、碳纖維等，主要通過與電場(chǎng)的相互作用來吸收電磁波；電介質(zhì)型的吸波劑有碳酸鋇、鐵電陶瓷等，主要通過介電弛豫損耗來吸收電磁波；磁介質(zhì)型的吸波劑有鐵氧體、羰基鐵粉等，主要通過磁滯損耗、渦流損耗等共同作用來吸收電磁波。但是，這些傳統(tǒng)的微波吸收材料存在密度大、頻帶窄、吸收強(qiáng)度弱等缺點(diǎn)。所以新型吸波材料引起研究者廣泛的研究，包括納米吸波材料、耐高溫吸波材料等。單個(gè)的磁性材料或介電材料不能很好的滿足阻抗匹配和衰減匹配，通過磁性材料和介電材料的協(xié)調(diào)作用，在一定的程度上可以綜合兩種或多種材料的優(yōu)點(diǎn)，進(jìn)而提高微波吸收性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種導(dǎo)電聚苯胺納米復(fù)合微波吸收材料的制備方法，該方法操作簡便，所制備的微波吸收材料具有廣泛的應(yīng)用前景。
[0005]制備導(dǎo)電聚苯胺納米復(fù)合微波吸收材料的操作步驟如下:
(1)采用兩步水熱法制備出二氧化錳和三氧化二鐵復(fù)合材料；
(2)以十二烷基苯磺酸為摻雜劑，過硫酸銨為氧化劑，采用乳液聚合的方法制備出導(dǎo)電聚苯胺納米復(fù)合微波吸收材料；
所述導(dǎo)電聚苯胺納米復(fù)合微波吸收材料為片狀結(jié)構(gòu)，表面上均勻分布著二氧化錳和三氧化二鐵復(fù)合材料;最佳的微波吸收性能是當(dāng)涂層厚度為2.5 mm時(shí)，在8.4?11.84 GHz頻率范圍內(nèi)最佳的反射損耗為-43.22?-10 dB，電磁波吸收達(dá)到90 %以上。
[0006]制備導(dǎo)電聚苯胺納米復(fù)合微波吸收材料的具體操作步驟和工藝條件如下:
(1)二氧化錳和三氧化二鐵復(fù)合材料的制備
將0.05406 g二氧化錳分散到60?70 mL混合溶液中，超聲30 min;加入0.5406 g六水合氯化鐵，溶解均勻；加入0.24 g氫氧化鈉，攪拌均勻，將上述混合溶液轉(zhuǎn)入水熱爸中，在160?200 °C條件下，反應(yīng)12?20 h;在60?80 °C條件下，真空干燥12?24 h，得到二氧化錳和三氧化二鐵的復(fù)合材料;為棕紅色粉末；
(2)導(dǎo)電聚苯胺納米復(fù)合微波吸收材料的制備
將0.0255g所述復(fù)合材料加入到70 mL去離子水中，超聲分散30 min;加入十二烷基苯磺酸，機(jī)械攪拌10 min;加入0.511 g苯胺，繼續(xù)機(jī)械攪拌I h;滴加10 mL過硫酸錢溶液，I h內(nèi)滴完，溫度O?5 °C條件下，聚合反應(yīng)12?24 h;得到二氧化錳、三氧化二鐵和導(dǎo)電聚苯胺納米復(fù)合材料的乳液;加入150 mL乙醇，破乳10 min;抽濾，用去離子水洗至沒有泡沫，醇洗至中性，在50 °C條件下，真空干燥12 h，得到導(dǎo)電聚苯胺納米復(fù)合微波吸收材料;為墨綠色粉末。
[0007]本發(fā)明制備的導(dǎo)電聚苯胺納米復(fù)合微波吸收材料具有良好的微波吸收性能，電磁參數(shù)的測(cè)試方法如下:
將體積百分含量為40 %的導(dǎo)電聚苯胺納米復(fù)合微波吸收材料與60 %的石蠟混合均勻，在80 °C的條件下保溫30 min，石蠟融化后攪拌均勻，用模具壓成內(nèi)徑為3.04 mm，外徑為7mm的同軸圓環(huán)，將同軸圓環(huán)打磨成2 mm厚度，采用網(wǎng)絡(luò)矢量分析儀(VNA)進(jìn)行測(cè)試，測(cè)得的電磁參數(shù)根據(jù)傳輸線理論計(jì)算，擬合厚度在I?5 mm，頻率在2?18 GHz的反射損耗。
[0008]二氧化錳和三氧化二鐵復(fù)合材料以及導(dǎo)電聚苯胺納米復(fù)合微波吸收材料的晶相結(jié)構(gòu)由X-射線衍射儀(XRD)進(jìn)行表征，見圖1JRD結(jié)果表明復(fù)合材料的晶相與(^和γ晶相的三氧化二鐵一致;在2Θ=17.98°對(duì)應(yīng)(200)晶面，與a-Mn02的特征峰一致，證明MnO2的存在;導(dǎo)電聚苯胺復(fù)合材料在20=20.64°、24.46°出現(xiàn)了兩個(gè)較寬的特征峰，表明聚苯胺部分結(jié)晶，主要是以無定型態(tài)存在。
[0009]導(dǎo)電聚苯胺納米復(fù)合微波吸收材料的化學(xué)組成和分子結(jié)構(gòu)由傅里葉紅外光譜儀(FT-1R)進(jìn)行表征，見圖St3FT-1R結(jié)果表明各吸收峰歸屬于聚苯胺的結(jié)構(gòu)特征峰，結(jié)果與XRD
一 Sc ο
[0010]導(dǎo)電聚苯胺納米復(fù)合微波吸收材料的微觀結(jié)構(gòu)由透射電子顯微鏡(TEM)進(jìn)行表征，見圖3。二氧化錳和三氧化二鐵復(fù)合材料較為均勻的分布在片狀結(jié)構(gòu)的聚苯胺表面上，呈無定型狀態(tài)，二氧化錳和三氧化二鐵復(fù)合材料的平均尺寸為50 nm。
[0011]導(dǎo)電聚苯胺納米復(fù)合微波吸收材料具有最佳微波吸收性能，見圖4。當(dāng)涂層厚度為2.5 mm時(shí)，在9.6 GHz有最大的反射損耗為-43.22 dB，對(duì)應(yīng)反射損耗小于-10 dB(90 %以上的電磁波被吸收)的頻帶寬為3.44 GHz (8.4?11.84 GHz)。與二氧化錳和三氧化二鐵復(fù)合材料相比，導(dǎo)電聚苯胺納米復(fù)合微波吸收材料具有較高的微波吸收強(qiáng)度以及寬的吸收頻帶。
[0012]導(dǎo)電聚苯胺表面有豐富的基團(tuán)，可以與二氧化錳和三氧化二鐵之間形成化學(xué)鍵作用力，同時(shí)二氧化錳和三氧化二鐵復(fù)合材料可以提高聚苯胺的結(jié)晶度。乳液法制備的導(dǎo)電聚苯胺，可以阻止二氧化錳和三氧化二鐵復(fù)合材料的團(tuán)聚，使二氧化錳和三氧化二鐵復(fù)合材料較為均勻的附著在聚苯胺片狀結(jié)構(gòu)上。在導(dǎo)電聚苯胺納米復(fù)合微波吸收材料中，界面的增加、電子極化和離子極化等作用有助于提高導(dǎo)電聚苯胺納米復(fù)合微波吸收材料的吸波性能。
[0013]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益技術(shù)效果體現(xiàn)在以下方面:
1.本發(fā)明操作簡便，反應(yīng)過程易于控制，環(huán)境友好。
[0014]2.二氧化錳和三氧化二鐵復(fù)合材料的制備過程中乙二醇作為溶劑，既是還原劑又可以在水熱的過程中防止二氧化錳和三氧化二鐵復(fù)合材料的團(tuán)聚。水熱的溫度在160?200 °C，有助于控制二氧化錳和三氧化二鐵復(fù)合材料的形貌，溫度過高容易引起納米顆粒的團(tuán)聚，影響材料的納米特性，溫度過低晶型不完整。二氧化錳和三氧化二鐵復(fù)合材料與導(dǎo)電聚苯胺的納米復(fù)合材料的制備過程中，采用十二烷基苯磺酸作為摻雜劑有利于導(dǎo)電率的提高，聚苯胺是一種化學(xué)穩(wěn)定性良好的導(dǎo)電高分子，表面含有豐富的官能團(tuán)，二氧化錳和三氧化二鐵復(fù)合材料與聚苯胺之間存在化學(xué)鍵，電荷更容易在材料中轉(zhuǎn)移，有助于提高微波吸收性能。
[0015]3.本發(fā)明導(dǎo)電聚苯胺納米復(fù)合微波吸收材料，充分利用了聚苯胺大的比表面積、高的導(dǎo)電率、二氧化錳和三氧化二鐵復(fù)合材料的小尺寸和晶格缺陷等特性，通過偶極極化、界面極化、空間電荷極化等作用，提高材料的微波吸收性能，與二氧化錳和三氧化二鐵微波吸收材料相比，導(dǎo)電聚苯胺納米復(fù)合微波吸收材料具有高的反射損耗、寬的頻帶，當(dāng)涂層厚度為2.5 mm時(shí)，在9.6 GHz最佳的反射損耗為-43.22 dB，對(duì)應(yīng)反射損耗小于-10 dB(90 %的電磁波被吸收)的帶寬為3.44 GHz(8.4~11.84 GHz)。
【附圖說明】
[0016]圖1為二氧化錳和三氧化二鐵復(fù)合材料和導(dǎo)電聚苯胺納米復(fù)合微波吸收材料的X-射線衍射圖譜。
[0017]圖2為聚苯胺和導(dǎo)電聚苯胺納米復(fù)合微波吸收材料的紅外光譜圖圖3為導(dǎo)電聚苯胺納米復(fù)合微波吸收材料的透射電子顯微圖。
[0018]圖4為實(shí)施例1制備的導(dǎo)電聚苯胺納米復(fù)合微波吸收材料的電磁波反射損耗圖。
[0019]圖5為實(shí)施例2制備的導(dǎo)電聚苯胺納米復(fù)合微波吸收材料的電磁波反射損耗圖。
[0020]圖6為實(shí)施例3制備的導(dǎo)電聚苯胺納米復(fù)合微波吸收材料的電磁波反射損耗圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021 ]下面結(jié)合實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步地描述。
[0022]以下實(shí)施例所用原料的來源說明如下:
苯胺:純度299.5 %，阿拉丁試劑;六水合氯化鐵:國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；高錳酸鉀:國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；過硫酸銨(APS):天津博迪化工股份有限公司；十二烷基苯磺酸:純度90 %，阿拉丁試劑;氫氧化鈉:國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司;濃鹽酸:純度36 %~38 %，上海中試化工有限公司；乙二醇:無錫市展望化工有限公司；乙醇:純度AR，國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。
[0023]實(shí)施例1
制備導(dǎo)電聚苯胺納米復(fù)合微波吸收材料的具體操作步驟如下:
(1)二氧化錳和三氧化二鐵復(fù)合材料的制備
將0.05406 g二氧化錳分散到70 mL混合溶液中，超聲30 min;然后加入0.5406 g六水合氯化鐵，溶解均勻；加入0.24 g氫氧化鈉，攪拌均勻，將上述混合溶液轉(zhuǎn)入水熱爸中，在180 °C條件下，反應(yīng)12 h;在60 °C條件下，真空干燥12 h，得到二氧化錳和三氧化二鐵的復(fù)合材料；
所述70 mL混合溶液由20 mL乙二醇和50 mL去離子水混合制成；
(2)導(dǎo)電聚苯胺納米復(fù)合微波吸收材料的制備
將0.0255 g所述復(fù)合材料加入到70 mL去離子水中，超聲分散30 min，加入1.9233 g十二燒基苯磺酸，機(jī)械攪拌10 min，加入0.511 g苯胺，繼續(xù)機(jī)械攪拌I h;滴加10 mL濃度為0.6261 g/mL的過硫酸銨溶液，在I h內(nèi)滴完，溫度O?5 °C條件下，聚合反應(yīng)16 h;得到二氧化錳、三氧化二鐵和導(dǎo)電聚苯胺納米復(fù)合材料的乳液;加入150 mL乙醇，破乳10 min；抽濾，用去離子水洗至沒有泡沫，醇洗至中性，在50 °C條件下，真空干燥12 h，得到導(dǎo)電聚苯