本發(fā)明涉及新材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種石英基吸波材料。
本發(fā)明是在先申請(qǐng)“一種石墨烯改性的四氧化三鐵吸波材料”的改進(jìn)發(fā)明。
背景技術(shù)：
隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，電磁波輻射對(duì)環(huán)境的影響日益增大。在機(jī)場(chǎng)、機(jī)航班因電磁波干擾無(wú)法起飛而誤點(diǎn)；在醫(yī)院、移動(dòng)電話(huà)常會(huì)干擾各種電子診療儀器的正常工作。因此，治理電磁污染，尋找一種能抵擋并削弱電磁波輻射的材料——吸波材料，已成為材料科學(xué)的一大課題。
吸波材料指能吸收、衰減投射到材料表面的電磁波能量，并將電磁能通過(guò)材料內(nèi)部的介質(zhì)損耗轉(zhuǎn)換成成熱能等其它形式的能量耗散掉的一類(lèi)功能材料。吸波材料由吸收劑、膠黏劑及各種助劑組成，其中吸收劑的電磁性能決定了吸波涂層性能的好壞，在細(xì)胞材料中起到關(guān)鍵的錯(cuò)用。
本發(fā)明人提出了一種吸波材料結(jié)構(gòu)，其自上而下由阻抗匹配層、損耗層和反射層組成，每層作用不同，其含有的物質(zhì)也不盡相同。經(jīng)過(guò)多種試驗(yàn)驗(yàn)證，證明該結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是合理有效的。因此本發(fā)明人對(duì)各個(gè)功能層進(jìn)行物料選擇優(yōu)化改進(jìn)，以期優(yōu)化其吸波性能，研究并改進(jìn)了各個(gè)功能層材料之間的特定配合關(guān)系，同時(shí)衍生了一系列申請(qǐng)。
隨著現(xiàn)代工藝的發(fā)展，對(duì)吸波材料的要求越來(lái)越高，要求在吸波效果較好的同時(shí)，具備較好的物理機(jī)械性能、較好的耐高溫性以及使用維護(hù)簡(jiǎn)單等。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于提出一種石英基吸波材料，其應(yīng)用于所述反射層中，與阻抗層中的特定組分形成配合關(guān)系，能夠使得材料的吸波性能大幅提高。
發(fā)明人的在先申請(qǐng)“一種石墨烯改性的四氧化三鐵吸波材料”采用石墨烯粉末/四氧化三鐵粉體作為吸波主材料，其最大吸收接近-10dB。發(fā)明人對(duì)磁性材料進(jìn)行了替換，尋求更高性能的吸波材料，以期提高吸波性能。
為達(dá)此目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：
一種吸波材料，特別是一種石英基吸波材料，其自上而下由阻抗匹配層、損耗層和反射層組成，阻抗匹配層由石墨烯粉末/鈦酸鋇粉體分散到氯丁橡膠中形成，損耗層為羥基鐵粉分散到氯丁橡膠中形成，反射層由5-20wt％石英/炭黑復(fù)合材料分散到氯丁橡膠中形成，所述阻抗匹配層含有2-5％的石墨烯粉末/鈦酸鋇粉體。
炭黑屬于一種導(dǎo)電填料，因此本發(fā)明的石英/炭黑復(fù)合材料，其對(duì)電磁波的屏蔽主要依賴(lài)于對(duì)入射電磁波的反射作用。當(dāng)電磁波入射到本發(fā)明的石英/炭黑復(fù)合材料表面時(shí)，其材料內(nèi)部發(fā)生嚴(yán)重極化，使電磁場(chǎng)的震蕩在材料內(nèi)部導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)中形成渦流，使電磁能轉(zhuǎn)化為熱能而消耗掉。當(dāng)炭黑含量在材料內(nèi)部形成導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)數(shù)目增加，材料的導(dǎo)電性能增強(qiáng)，使得電磁波在材料表面的反射性能增強(qiáng)，材料的屏蔽性能也隨之增強(qiáng)。
由于炭黑的高導(dǎo)電性和隧道導(dǎo)電效應(yīng)，一般只需要很少的炭黑添加量，就可以形成比較發(fā)達(dá)的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，經(jīng)過(guò)與基體材料混合后可以保證基體材料具有良好的力學(xué)性能，因此本發(fā)明的石英/炭黑復(fù)合材料中，炭黑的體積百分含量為1-15vol％。
本發(fā)明的所述石英/炭黑復(fù)合材料的制備方法如下：
(1)按照比例將石英粉和炭黑放入球磨機(jī)，球磨4-6小時(shí)，得到粉料；
(2)加入占粉料質(zhì)量20-30wt％的水玻璃，再加入占粉料質(zhì)量20-30wt的濃度為8-12wt％的聚乙烯醇，攪拌混合均勻后，壓制成型；
(3)將所述成型得到的成型制品加熱到180-220℃，恒溫至少3小時(shí)；
(4)將熱處理后的成型件粉碎成粉末，得到所述石英/炭黑復(fù)合材料。
優(yōu)選的，本發(fā)明的所述石墨烯粉末/鈦酸鋇粉體制備方法如下：
(1)在冰浴條件下，機(jī)械攪拌條件下，在98％濃硫酸中加入鱗片石墨粉，再加入占石墨粉50-80wt％的硝酸鈉，和占石墨粉2-4倍重量的高錳酸鉀，冰浴下反應(yīng)30-120min；
(2)加熱至30-40℃恒溫4-5h，加入去離子水和雙氧水，攪拌1-3h，加入5％濃度的HCl離心洗滌直至無(wú)硫酸根離子，干燥后得到氧化石墨烯；
(3)將所述的氧化石墨烯分散到無(wú)水乙醇溶液中，超聲分散得到氧化石墨烯膠體溶液；
(4)將所述氧化石墨烯膠體溶液加熱到65-75℃，攪拌下加入質(zhì)量濃度為70-85％的水合肼，反應(yīng)0.5-2小時(shí)后，按照石墨烯:鈦酸鋇質(zhì)量比為2:1～1:2的比例，加入鈦酸鋇粉末，混合均勻；
(5)離心分離并洗滌，真空干燥得到石墨烯粉末/鈦酸鋇粉體。
本發(fā)明通過(guò)特定的配方組分，設(shè)計(jì)了阻抗匹配層/損耗層/反射層構(gòu)成的三層復(fù)合薄膜，其正面的吸波效果顯著優(yōu)于反面，證明了所述薄膜結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的正確。
本發(fā)明所述的吸波材料，其在厚度為0.2mm時(shí)，當(dāng)采用石墨作為反射層主物質(zhì)時(shí)，其最大吸收僅為-13.6dB。當(dāng)替換為本發(fā)明的石英/炭黑復(fù)合材料時(shí)，其屏蔽性能增加到-39～-42dB，本發(fā)明的反射物質(zhì)性能優(yōu)異。
具體實(shí)施方式
下面通過(guò)具體實(shí)施方式來(lái)進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案。
實(shí)施例1
一種石英基吸波材料，其自上而下由阻抗匹配層、損耗層和反射層組成，阻抗匹配層由2wt％石墨烯/鈦酸鋇粉體分散到氯丁橡膠中形成，損耗層為羥基鐵粉分散到氯丁橡膠中形成，反射層由石英/炭黑復(fù)合材料分散到氯丁橡膠中形成。所述石英/炭黑復(fù)合材料中，炭黑占8wt％。
所述石英/炭黑復(fù)合材料的制備方法如下：
(1)按照比例將石英粉和炭黑放入球磨機(jī)，球磨4小時(shí)，得到粉料；
(2)加入占粉料質(zhì)量20wt％的水玻璃，再加入占粉料質(zhì)量20wt％的濃度為8wt％的聚乙烯醇，攪拌混合均勻后，壓制成型；
(3)將所述成型得到的成型制品加熱到180℃，恒溫至少3小時(shí)；
(4)將熱處理后的成型件粉碎成粉末，得到所述石英/炭黑復(fù)合材料。
經(jīng)測(cè)試，該吸波材料，其在厚度為0.2mm時(shí)，屏蔽性能增加到-39dB。
對(duì)比例1
一種石墨烯改性的鈦酸鋇吸波材料，其自上而下由阻抗匹配層、損耗層和反射層組成，阻抗匹配層由石墨烯粉末/鈦酸鋇粉體分散到氯丁橡膠中形成，損耗層為羥基鐵粉分散到氯丁橡膠中形成，反射層由石墨分散到氯丁橡膠中形成，所述阻抗匹配層含有2％的石墨烯粉末/鈦酸鋇粉體。
所述石墨烯粉末/鈦酸鋇粉體制備方法如下：
(1)在冰浴條件下，機(jī)械攪拌條件下，在98％濃硫酸中加入鱗片石墨粉，再加入占石墨粉80wt％的硝酸鈉，和占石墨粉2倍重量的高錳酸鉀，冰浴下反應(yīng)30min；
(2)加熱至30℃恒溫4h，加入去離子水和雙氧水，攪拌1h，加入5％濃度的HCl離心洗滌直至無(wú)硫酸根離子，干燥后得到氧化石墨烯；
(3)將所述的氧化石墨烯分散到無(wú)水乙醇溶液中，超聲分散得到氧化石墨烯膠體溶液；
(4)將所述氧化石墨烯膠體溶液加熱到65℃，攪拌下加入質(zhì)量濃度為85％的水合肼，反應(yīng)0.5小時(shí)后，按照石墨烯:鈦酸鋇質(zhì)量比為1:2的比例，加入鈦酸鋇粉末，混合均勻；
(5)離心分離并洗滌，真空干燥得到石墨烯粉末/鈦酸鋇粉體。
實(shí)施例1與對(duì)比例1的對(duì)比證明，本發(fā)明所述的石英/炭黑復(fù)合材料，能顯著增強(qiáng)吸波性能。