3O4复合吸波材料及其制法附图说明" src="/d/file/p/2020/12-01/0017d6028f23fd8cd0d942032b4f0742.gif" />
一种聚苯胺-Co掺杂ZnO-Fe3O4复合吸波材料及其制法
技术领域
本发明涉及吸波材料领域，具体为一种聚苯胺-Co掺杂ZnO-Fe3O4复合吸波材料及其制法。
背景技术
随着电子信息技术的飞速发展，各种高频电子设备已经广泛存在于我们的日常生活中，并且产生的电磁波和电磁辐射也越来越大，电磁辐射污染已经成为当前又一大社会污染，人体长期接触电磁波和电磁辐射，会影响免疫系统、生殖系统和视听系统等，诱发多种疾病，并且强烈的电磁辐射会导致导航系统、电子精密仪器等正常运转，而开发出新型高效、轻质、廉价的电磁屏蔽和吸波材料成为研究热点。
传统的电磁屏蔽材料主要有碳系吸波材料，如石墨烯、碳纤维等，铁系吸波材料，如羰基铁、铁氧体等；陶瓷系吸波材料，如碳化硅等，氧化锌是一种多功能半导体材料，在电极材料、气敏元件等方面具有广泛的应用，并且具有良好的介电损耗特性，可以将氧化锌与磁性材料，如铁氧体等进行复合，可以得到性能优异的吸波材料。
(一)解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明提供了一种高效的聚苯胺-Co掺杂ZnO-Fe3O4复合吸波材料及其制法，具有优异的吸波性能。
(二)技术方案
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种聚苯胺-Co掺杂ZnO-Fe3O4复合吸波材料：所述聚苯胺-Co掺杂ZnO-Fe3O4复合吸波材料制备方法如下：
(1)向反应瓶中加入乙二醇溶剂、氯化铁和碳酸氢铵，搅拌均匀后将溶液置于水热反应装置中，加热至180-200℃，反应10-15h，离心分离除去溶剂，使用蒸馏水洗涤并干燥，制备得到纳米Fe3O4中空微球。
(2)向反应瓶中加入蒸馏水溶剂、醋酸锌、醋酸钴和纳米Fe3O4中空微球，超声分散均匀后加入氢氧化钠，将溶液置于水热反应装置中，加热至100-120℃，反应10-20h，过滤除去溶剂，使用蒸馏水和乙醇洗涤并干燥，制备得到海胆状纳米Co掺杂ZnO修饰Fe3O4。
(3)向反应瓶中加入对甲基苯磺酸的水溶液和海胆状纳米Co掺杂ZnO修饰Fe3O4，超声分散均匀后置于冰水浴中，加入苯胺搅拌均匀，缓慢滴加引发剂过硫酸钾溶液，匀速搅拌反应12-24h，过滤除去溶剂，使用蒸馏水溶剂和乙醇洗涤并干燥，制备得到聚苯胺-Co掺杂ZnO-Fe3O4复合吸波材料。
优选的，所述步骤(1)中的氯化铁和碳酸氢钠铵的质量比为10:40-50。
优选的，所述步骤(1)中的水热反应装置内壁固定连接有加热片，水热反应装置内部下方固定连接有电机，电机活动连接有旋转轴，旋转轴上方固定连接有支撑杆，支撑杆固定连接有反应室，反应室内部固定连接有伸缩弹簧，伸缩弹簧固定连接有卡板，卡板活动连接有水热反应釜。
优选的，所述步骤(2)中的醋酸锌、醋酸钴、纳米Fe3O4中空微球和氢氧化钠的质量比为100:4-8:9-13:280-330。
优选的，所述步骤(3)中对甲基苯磺酸水溶液的质量分数为0.5-1％。
优选的，所述步骤(3)中海胆状纳米Co掺杂ZnO修饰Fe3O4、苯胺和过硫酸钾的质量比为6-12:100:220-240。
(三)有益的技术效果
与现有技术相比，本发明具备以下实验原理和有益技术效果：
该一种聚苯胺-Co掺杂ZnO-Fe3O4复合吸波材料，以碳酸氢铵作为模板剂，在乙二醇还原水热体系中，制备得到纳米Fe3O4中空微球，独特的中空形貌，具有密度小、质量轻的特点，并且可以对电磁波多重散射，产生散射和极化作用，从而增强了复合材料对电磁波的吸收和衰减，在纳米Fe3O4中空微球表面生成一层海胆状纳米Co掺杂ZnO包覆层，海胆状纳米Co掺杂ZnO有Co掺杂ZnO纳米管堆叠而成，特殊的针刺海胆状形貌有利于调节入射电磁波的反射率，进而改善材料的阻抗匹配性能，同时Co掺杂取代部分Zn的晶格，表现出明显的铁磁性，具有良好的磁损耗机制，以对甲基苯磺酸作为质子掺杂酸，在海胆状纳米Co掺杂ZnO修饰Fe3O4表面生成导电聚合物聚苯胺，调节复合材料的阻抗匹配特性，使复合吸波材料具有优异的介电损耗和磁损耗的吸波性能和阻抗匹配性能，并且符合对吸波材料薄、轻、宽、强的要求。
附图说明
图1是水热反应装置正面示意图；
图2是反应室放大示意图；
图3是卡板调节示意图。
1-水热反应装置；2-加热片；3-电机；4-旋转轴；5-支撑杆；6-反应室；7-伸缩弹簧；8-卡板；9-水热反应釜。
具体实施方式
为实现上述目的，本发明提供如下具体实施方式和实施例：一种聚苯胺-Co掺杂ZnO-Fe3O4复合吸波材料：制备方法如下：
(1)向反应瓶中加入乙二醇溶剂、质量比为10:40-50的氯化铁和碳酸氢铵，搅拌均匀后将溶液置于水热反应装置中，水热反应装置内壁固定连接有加热片，水热反应装置内部下方固定连接有电机，电机活动连接有旋转轴，旋转轴上方固定连接有支撑杆，支撑杆固定连接有反应室，反应室内部固定连接有伸缩弹簧，伸缩弹簧固定连接有卡板，卡板活动连接有水热反应釜，加热至180-200℃，反应10-15h，离心分离除去溶剂，使用蒸馏水洗涤并干燥，制备得到纳米Fe3O4中空微球。
(2)向反应瓶中加入蒸馏水溶剂、醋酸锌、醋酸钴和纳米Fe3O4中空微球，超声分散均匀后加入氢氧化钠，四者质量比为100:4-8:9-13:280-330，将溶液置于水热反应装置中，加热至100-120℃，反应10-20h，过滤除去溶剂，使用蒸馏水和乙醇洗涤并干燥，制备得到海胆状纳米Co掺杂ZnO修饰Fe3O4。
(3)向反应瓶中加入质量分数为0.5-1％的对甲基苯磺酸的水溶液和海胆状纳米Co掺杂ZnO修饰Fe3O4，超声分散均匀后置于冰水浴中，加入苯胺搅拌均匀，缓慢滴加引发剂过硫酸钾溶液，其中海胆状纳米Co掺杂ZnO修饰Fe3O4、苯胺和过硫酸钾的质量比为6-12:100:220-240，匀速搅拌反应12-24h，过滤除去溶剂，使用蒸馏水溶剂和乙醇洗涤并干燥，制备得到聚苯胺-Co掺杂ZnO-Fe3O4复合吸波材料。
实施例1
(1)向反应瓶中加入乙二醇溶剂、质量比为10:40的氯化铁和碳酸氢铵，搅拌均匀后将溶液置于水热反应装置中，水热反应装置内壁固定连接有加热片，水热反应装置内部下方固定连接有电机，电机活动连接有旋转轴，旋转轴上方固定连接有支撑杆，支撑杆固定连接有反应室，反应室内部固定连接有伸缩弹簧，伸缩弹簧固定连接有卡板，卡板活动连接有水热反应釜，加热至180℃，反应10h，离心分离除去溶剂，使用蒸馏水洗涤并干燥，制备得到纳米Fe3O4中空微球。
(2)向反应瓶中加入蒸馏水溶剂、醋酸锌、醋酸钴和纳米Fe3O4中空微球，超声分散均匀后加入氢氧化钠，四者质量比为100:4:9:280，将溶液置于水热反应装置中，加热至100℃，反应10h，过滤除去溶剂，使用蒸馏水和乙醇洗涤并干燥，制备得到海胆状纳米Co掺杂ZnO修饰Fe3O4。
(3)向反应瓶中加入质量分数为0.5％的对甲基苯磺酸的水溶液和海胆状纳米Co掺杂ZnO修饰Fe3O4，超声分散均匀后置于冰水浴中，加入苯胺搅拌均匀，缓慢滴加引发剂过硫酸钾溶液，其中海胆状纳米Co掺杂ZnO修饰Fe3O4、苯胺和过硫酸钾的质量比为6:100:220，匀速搅拌反应12h，过滤除去溶剂，使用蒸馏水溶剂和乙醇洗涤并干燥，制备得到聚苯胺-Co掺杂ZnO-Fe3O4复合吸波材料1。
实施例2
(1)向反应瓶中加入乙二醇溶剂、质量比为10:42的氯化铁和碳酸氢铵，搅拌均匀后将溶液置于水热反应装置中，水热反应装置内壁固定连接有加热片，水热反应装置内部下方固定连接有电机，电机活动连接有旋转轴，旋转轴上方固定连接有支撑杆，支撑杆固定连接有反应室，反应室内部固定连接有伸缩弹簧，伸缩弹簧固定连接有卡板，卡板活动连接有水热反应釜，加热至180℃，反应15h，离心分离除去溶剂，使用蒸馏水洗涤并干燥，制备得到纳米Fe3O4中空微球。
(2)向反应瓶中加入蒸馏水溶剂、醋酸锌、醋酸钴和纳米Fe3O4中空微球，超声分散均匀后加入氢氧化钠，四者质量比为100:5:10:295，将溶液置于水热反应装置中，加热至120℃，反应20h，过滤除去溶剂，使用蒸馏水和乙醇洗涤并干燥，制备得到海胆状纳米Co掺杂ZnO修饰Fe3O4。
(3)向反应瓶中加入质量分数为0.7％的对甲基苯磺酸的水溶液和海胆状纳米Co掺杂ZnO修饰Fe3O4，超声分散均匀后置于冰水浴中，加入苯胺搅拌均匀，缓慢滴加引发剂过硫酸钾溶液，其中海胆状纳米Co掺杂ZnO修饰Fe3O4、苯胺和过硫酸钾的质量比为8:100:225，匀速搅拌反应24h，过滤除去溶剂，使用蒸馏水溶剂和乙醇洗涤并干燥，制备得到聚苯胺-Co掺杂ZnO-Fe3O4复合吸波材料2。
实施例3
(1)向反应瓶中加入乙二醇溶剂、质量比为10:46的氯化铁和碳酸氢铵，搅拌均匀后将溶液置于水热反应装置中，水热反应装置内壁固定连接有加热片，水热反应装置内部下方固定连接有电机，电机活动连接有旋转轴，旋转轴上方固定连接有支撑杆，支撑杆固定连接有反应室，反应室内部固定连接有伸缩弹簧，伸缩弹簧固定连接有卡板，卡板活动连接有水热反应釜，加热至190℃，反应12h，离心分离除去溶剂，使用蒸馏水洗涤并干燥，制备得到纳米Fe3O4中空微球。
(2)向反应瓶中加入蒸馏水溶剂、醋酸锌、醋酸钴和纳米Fe3O4中空微球，超声分散均匀后加入氢氧化钠，四者质量比为100:7:11.5:310，将溶液置于水热反应装置中，加热至110℃，反应15h，过滤除去溶剂，使用蒸馏水和乙醇洗涤并干燥，制备得到海胆状纳米Co掺杂ZnO修饰Fe3O4。
(3)向反应瓶中加入质量分数为0.8％的对甲基苯磺酸的水溶液和海胆状纳米Co掺杂ZnO修饰Fe3O4，超声分散均匀后置于冰水浴中，加入苯胺搅拌均匀，缓慢滴加引发剂过硫酸钾溶液，其中海胆状纳米Co掺杂ZnO修饰Fe3O4、苯胺和过硫酸钾的质量比为10:100:235，匀速搅拌反应18h，过滤除去溶剂，使用蒸馏水溶剂和乙醇洗涤并干燥，制备得到聚苯胺-Co掺杂ZnO-Fe3O4复合吸波材料3。
实施例4
(1)向反应瓶中加入乙二醇溶剂、质量比为10:50的氯化铁和碳酸氢铵，搅拌均匀后将溶液置于水热反应装置中，水热反应装置内壁固定连接有加热片，水热反应装置内部下方固定连接有电机，电机活动连接有旋转轴，旋转轴上方固定连接有支撑杆，支撑杆固定连接有反应室，反应室内部固定连接有伸缩弹簧，伸缩弹簧固定连接有卡板，卡板活动连接有水热反应釜，加热至200℃，反应15h，离心分离除去溶剂，使用蒸馏水洗涤并干燥，制备得到纳米Fe3O4中空微球。
(2)向反应瓶中加入蒸馏水溶剂、醋酸锌、醋酸钴和纳米Fe3O4中空微球，超声分散均匀后加入氢氧化钠，四者质量比为100:8:13:330，将溶液置于水热反应装置中，加热至120℃，反应20h，过滤除去溶剂，使用蒸馏水和乙醇洗涤并干燥，制备得到海胆状纳米Co掺杂ZnO修饰Fe3O4。
(3)向反应瓶中加入质量分数为1％的对甲基苯磺酸的水溶液和海胆状纳米Co掺杂ZnO修饰Fe3O4，超声分散均匀后置于冰水浴中，加入苯胺搅拌均匀，缓慢滴加引发剂过硫酸钾溶液，其中海胆状纳米Co掺杂ZnO修饰Fe3O4、苯胺和过硫酸钾的质量比为12:100:240，匀速搅拌反应24h，过滤除去溶剂，使用蒸馏水溶剂和乙醇洗涤并干燥，制备得到聚苯胺-Co掺杂ZnO-Fe3O4复合吸波材料4。
对比例1
(1)向反应瓶中加入乙二醇溶剂、质量比为10:35的氯化铁和碳酸氢铵，搅拌均匀后将溶液置于水热反应装置中，水热反应装置内壁固定连接有加热片，水热反应装置内部下方固定连接有电机，电机活动连接有旋转轴，旋转轴上方固定连接有支撑杆，支撑杆固定连接有反应室，反应室内部固定连接有伸缩弹簧，伸缩弹簧固定连接有卡板，卡板活动连接有水热反应釜，加热至180℃，反应15h，离心分离除去溶剂，使用蒸馏水洗涤并干燥，制备得到纳米Fe3O4中空微球。
(2)向反应瓶中加入蒸馏水溶剂、醋酸锌、醋酸钴和纳米Fe3O4中空微球，超声分散均匀后加入氢氧化钠，四者质量比为100:2:7:260，将溶液置于水热反应装置中，加热至120℃，反应20h，过滤除去溶剂，使用蒸馏水和乙醇洗涤并干燥，制备得到海胆状纳米Co掺杂ZnO修饰Fe3O4。
(3)向反应瓶中加入质量分数为1％的对甲基苯磺酸的水溶液和海胆状纳米Co掺杂ZnO修饰Fe3O4，超声分散均匀后置于冰水浴中，加入苯胺搅拌均匀，缓慢滴加引发剂过硫酸钾溶液，其中海胆状纳米Co掺杂ZnO修饰Fe3O4、苯胺和过硫酸钾的质量比为4:100:210，匀速搅拌反应24h，过滤除去溶剂，使用蒸馏水溶剂和乙醇洗涤并干燥，制备得到聚苯胺-Co掺杂ZnO-Fe3O4复合吸波材料对比1。
分别将实施例和对比例中聚苯胺-Co掺杂ZnO-Fe3O4复合吸波材料与石蜡均匀混合，复合吸波材料与石蜡的质量比为4:6，并压制成厚度为1.5mm的环形薄片，使用SVA1032X矢量网络分析仪测试复合材料的吸波性能，测试标准为GB/T 32596-2016。
