一種二氧化錳包覆碳顆粒介電材料用做電磁波吸收材料的應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及吸波材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種二氧化錳包覆碳顆粒介電材料用做電磁波吸收材料的應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]電子工業(yè)的發(fā)展使得電子設(shè)備的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，由此引起的電磁輻射和電磁干擾造成了嚴(yán)重的電磁環(huán)境污染，目前已成為繼大氣污染、噪聲污染和水污染之后的第四大污染源。降低或緩解電磁污染的一大措施是采用電磁波吸收材料(簡(jiǎn)稱吸波材料)，將電磁能量轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮芏牡?。目前吸波材料已?jīng)在軍事、建筑和民用等方面得到極大關(guān)注和較廣泛應(yīng)用。性能優(yōu)良的吸波材料需要具備適當(dāng)?shù)膶?dǎo)電性能、介電性能或磁性能，并由此分為電損耗介質(zhì)、介電損耗介質(zhì)和磁損耗介質(zhì)。
[0003]二氧化錳是一種過(guò)渡金屬氧化物，由于其基本結(jié)構(gòu)單元[Μη06]八面體的鏈接方式不同，從而可形成多種晶體結(jié)構(gòu)形式。又鑒于二氧化錳制備工藝簡(jiǎn)便，形貌可控，目前已廣泛用于電池電極材料、催化劑、氧化劑等領(lǐng)域。同時(shí)，二氧化錳也是一種重要的介電損耗介質(zhì)。但由于二氧化錳的導(dǎo)電性較差，其對(duì)電磁波的吸收主要依賴電磁場(chǎng)作用下的空間電荷極化和界面極化，在實(shí)際應(yīng)用中為了提高其介電性能，往往需要通過(guò)復(fù)雜的制備工藝獲得特殊形貌的二氧化錳，或者將二氧化錳與導(dǎo)電性能更好的炭黑、碳納米管等材料復(fù)合。
[0004]由于二氧化錳與炭黑或碳納米管的表面結(jié)構(gòu)的差異，在復(fù)合過(guò)程中很難達(dá)到均勻的效果，從而直接影響復(fù)合材料的介電性能。將炭黑或碳納米管進(jìn)行二氧化錳包覆可以較好的解決碳材料的分散性問(wèn)題，從而提高復(fù)合材料的性能。李和趙等人都發(fā)現(xiàn)在碳球表面包覆一層二氧化錳可以提高復(fù)合材料的電化學(xué)性能。秦等人將碳納米管進(jìn)行二氧化錳包覆，發(fā)現(xiàn)其比電容遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了單純二氧化錳和碳納米管的性能。遺憾的是，目前尚未發(fā)現(xiàn)有將二氧化錳包覆碳顆粒用于介電損耗材料的報(bào)道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種二氧化錳包覆碳顆粒介電材料用做電磁波吸收材料的應(yīng)用。本發(fā)明的制備工藝簡(jiǎn)單易操作，二氧化錳包覆均勻。這種二氧化錳包覆碳顆粒復(fù)合結(jié)構(gòu)具有優(yōu)良的導(dǎo)電性能和介電損耗性能，可以作為一種介電損耗介質(zhì)，在電磁波吸收材料領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用前景。
[0006]本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0007]本發(fā)明的二氧化錳包覆碳顆粒介電材料用做電磁波吸收材料的應(yīng)用，二氧化錳包覆碳顆粒復(fù)合材料具有良好的介電性能；其介電性能可通過(guò)調(diào)整碳顆粒的大小和反應(yīng)時(shí)間進(jìn)行調(diào)控。
[0008]本發(fā)明的二氧化錳包覆碳顆粒介電材料的制備方法的具體步驟如下:
[0009](1)將碳顆粒加入到混合酸溶液中超聲處理1?2小時(shí)，然后用無(wú)水乙醇和去離子水各清洗3次，過(guò)濾后加入到去離子水中超聲1?2小時(shí)，形成懸濁液，碳顆粒與去離子水的重量體積比為0.05?0.1:50?100g/ml ；
[0010](2)將與碳顆粒質(zhì)量比為1:3?10的高錳酸鉀加入至步驟(1)的含碳懸濁液中，磁力攪拌3?6小時(shí)；
[0011](3)將步驟⑵的混合溶液轉(zhuǎn)移至60?100°C恒溫水浴中保溫6?12小時(shí)；
[0012](4)將步驟(3)的產(chǎn)物用去離子水和無(wú)水乙醇反復(fù)離心、洗滌，于100°C干燥8小時(shí)，得到二氧化錳包覆碳顆粒復(fù)合材料。
[0013]步驟(1)中，碳顆粒的直徑為50?300nmo
[0014]步驟(1)中，混合酸為十二烷基苯磺酸鈉與10%濃度稀鹽酸的混合溶液，其質(zhì)量比為1:10。
[0015]步驟(1)中，進(jìn)一步碳顆粒與去離子水的重量體積比為0.l:100g/mlo
[0016]步驟(1)中，進(jìn)一步碳顆粒與去離子水的重量體積比為0.l:50g/ml。
[0017]步驟(2)中，進(jìn)一步碳顆粒與高猛酸鉀質(zhì)量比為1:3?1:6。
[0018]步驟(3)中，進(jìn)一步恒溫水浴溫度為80?90°C，反應(yīng)時(shí)間為6?12小時(shí)。
[0019]本發(fā)明使用混合酸處理碳顆粒并超聲1?2小時(shí)的目的是為了去除碳顆粒表面的雜質(zhì)和基團(tuán)，以提高碳顆粒在去離子水中的分散均勻性。
[0020]本發(fā)明所涉及的原理是:在高錳酸鉀與碳水懸濁液中的攪拌過(guò)程中，高錳酸根離子吸附在碳顆粒表面，并通過(guò)氧化還原反應(yīng)生成二氧化錳晶粒附著在碳顆粒表面，二氧化錳在碳顆粒表面逐漸長(zhǎng)大，從而形成包覆碳顆粒結(jié)構(gòu)。
[0021]由于二氧化錳電導(dǎo)率較低，當(dāng)電磁波入射至復(fù)合結(jié)構(gòu)表面時(shí)，二氧化錳包覆層可以起到表面阻抗匹配的作用，引導(dǎo)電磁波到達(dá)碳顆粒表面，被電導(dǎo)率較高的碳顆粒所損耗；未被損耗的電磁波在碳顆粒表面反射，在反射過(guò)程中也會(huì)部分被二氧化錳包覆層所損耗；同時(shí)，由于二氧化錳包覆層顆粒較小，比表面積較大，對(duì)入射電磁波也會(huì)起到一定的損耗作用。
[0022]本發(fā)明的積極效果如下:
[0023]本發(fā)明制備方法簡(jiǎn)便易操作，生產(chǎn)成本低廉；二氧化錳在碳顆粒表面包覆均勻，增加了二氧化錳的比表面積；二氧化錳電導(dǎo)率較低，提高了復(fù)合結(jié)構(gòu)的表面阻抗匹配，大大改善復(fù)合材料對(duì)入射電磁波的損耗性能。
【附圖說(shuō)明】
[0024]圖1為實(shí)施例1制備的二氧化錳包覆炭黑顆粒的TEM圖像；
[0025]圖2為實(shí)施例1制備的二氧化錳包覆炭黑顆粒的介電性能圖像；
[0026]圖3為實(shí)施例2制備的二氧化錳包覆炭黑顆粒的TEM圖像；
[0027]圖4為實(shí)施例2制備的二氧化錳包覆炭黑顆粒的介電性能圖像；
[0028]圖5為實(shí)施例3制備的二氧化錳包覆碳球顆粒的TEM圖像；
[0029]圖6為實(shí)施例3制備的二氧化錳包覆碳球顆粒的介電性能圖像。
【具體實(shí)施方式】
[0030]下面的實(shí)施例是對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步詳細(xì)描述。
[0031]實(shí)施例1
[0032]將直徑為50nm的炭黑顆粒0.lg加入到十二烷基苯磺酸鈉與10%濃度稀鹽酸按質(zhì)量比1:10的混合溶液中超聲處理1小時(shí)，然后用無(wú)水乙醇和去離子水各清洗3次。將炭黑過(guò)濾后加入到50ml去離子水中超聲2小時(shí)，形成懸池液；
[0033]取高錳酸鉀0.3g加入上述炭黑的懸濁液中，攪拌6小時(shí)；
[0034]將上述混合溶液轉(zhuǎn)移至恒溫水浴中，在80°C保溫6小時(shí)；
[0035]反應(yīng)完成后，將所得沉淀用去離子水和無(wú)水乙醇各過(guò)濾、清洗3次，然后在100°C干燥8小時(shí)，即得二氧化錳包覆炭黑復(fù)合粉末。
[0036]將上述二氧化猛包覆炭黑復(fù)合粉末以1:1的質(zhì)量比與石錯(cuò)混合，制作成內(nèi)徑3.04_，外徑為7.00mm的圓環(huán)形薄片，測(cè)試其在2?18GHz頻率范圍內(nèi)的介電常數(shù)和介電損耗。
[0037]所得粉末的透射電鏡照片如圖1所示。
[0038]所得粉末在2?18GHz頻率范圍內(nèi)的介電性能如圖2所示。
[0039]由圖1可以看出，二氧化錳顆粒包覆在碳顆粒表面，形成一層均勻的包覆層。由圖2可以看出，二氧化錳包覆炭黑復(fù)合粉末在2?18GHz頻段內(nèi)的介電損耗可達(dá)0.4?0.5，明顯優(yōu)于純二氧化錳材料。
[0040]實(shí)施例2
[0041]將直徑為lOOnm的炭黑顆粒0.lg加入到十二烷基苯磺酸鈉與10%濃度稀鹽酸按質(zhì)量比1:10的混合溶液中超聲處理2小時(shí)，然后用無(wú)水乙醇和去離子水各清洗3次，過(guò)濾后加入到100ml去離子水中超聲2小時(shí)，使炭黑顆粒均勻分散在水中，形成穩(wěn)定的懸濁液；
[0042]取高錳酸鉀0.6g加入到上述炭黑