2-羰基铁-聚苯胺复合电磁屏蔽材料及其制法附图说明" src="/d/file/p/2020/12-01/20401e1624cc0aa40af13c5ff2fc9872.gif" />
一种轻质的SiO2-羰基铁-聚苯胺复合电磁屏蔽材料及其制法
技术领域
本发明涉及电磁屏蔽材料领域，具体为一种轻质的SiO2-羰基铁-聚苯胺复合电磁屏蔽材料及其制法。
背景技术
随着现代科技的不断进步和电子信息的快速发展，电磁波作为承载信息的重要载体，广泛运用于手机通讯、卫星信号、导航系统中，然而电磁辐射和电磁波污染也越来越严重，因此需要研究和开发密度小、质量轻、吸波频带宽和吸收性能强的电磁屏蔽材料。
目前的吸波材料主要有碳系电磁屏蔽材料、铁系电磁屏蔽材料、陶瓷系电磁屏蔽材料、电磁屏蔽聚合物等，其中羰基铁粉具有成本低、稳定性强、磁性强等优点，在电磁屏蔽材料中具有重要的应用，但是传统的羰基铁粉材料损耗机制单一，阻抗匹配性能较差，并且难以满足现在对电磁屏蔽材料高性能、轻量化的要求。
(一)解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明提供了一种轻质的SiO2-羰基铁-聚苯胺复合电磁屏蔽材料及其制法，解决了羰基铁粉电磁屏蔽材料的损耗机制单一，阻抗匹配性能较差的问题。
(二)技术方案
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种轻质的SiO2-羰基铁-聚苯胺复合电磁屏蔽材料：所述轻质的SiO2-羰基铁-聚苯胺复合电磁屏蔽材料制备方法包括以下步骤：
(1)向反应瓶中加入稀盐酸和羰基铁微球，置于超声分散装置中，超声分散活化处理，使用蒸馏水离心分离和洗涤并干燥，得到预活化羰基铁微球。
(2)向反应瓶中加入蒸馏水、三氯化铁和预活化羰基铁微球，超声反应10-30min，依次使用稀盐酸和蒸馏水离心分离、洗涤并干燥，制备得到羰基铁空心微球。
(3)向反应瓶中加入乙醇溶剂、间二苯酚和甲醛水溶液，搅拌均匀后加入浓氨水，匀速搅拌反应5-10h，再缓慢滴加正硅酸乙酯，其中间二苯酚、甲醛、浓氨水和正硅酸乙酯的质量比为20-25:10:140-160:100-150，匀速搅拌反应20-30h，使用蒸馏水和乙醇离心分离和洗涤，固体混合产物置于电阻炉中，升温至500-550℃，保温煅烧2-4h，制备得到多孔SiO2空心微球。
(4)向反应瓶中加入体积比为30-50:1的乙醇和蒸馏水混合溶剂，加入多孔SiO2空心微球，超声分散均匀后加入3-氨基丙基三乙氧基硅烷，加热至50-70℃，匀速搅拌反应2-6h，使用蒸馏水和乙醇离心分离和洗涤，制备得到氨基功能化多孔SiO2空心微球。
(5)向反应瓶中加入物质的量浓度为0.8-1.2mol/L的盐酸溶液、羰基铁空心微球、氨基功能化多孔SiO2空心微球和苯胺，超声分散均匀后缓慢滴加过硫酸铵的水溶液，匀速搅拌反应1-3h，使用蒸馏水和丙酮洗涤并干燥，制备得到轻质的SiO2-羰基铁-聚苯胺复合电磁屏蔽材料。
优选的，所述步骤(1)中的超声分散装置包括超声水浴槽，超声水浴槽下方设置有加热管，超声水浴槽上方固定连接有超声发射器，超声水浴槽内壁两侧固定连接有卡槽，卡槽活动连接有旋转齿轮，旋转齿轮活动连接有伸缩杆，伸缩杆固定连接有夹板，夹板活动连接有反应瓶。
优选的，所述步骤(2)中的三氯化铁和预活化羰基铁微球的质量比为10:30-50。
优选的，所述步骤(4)中的多孔SiO2空心微球和3-氨基丙基三乙氧基硅烷的质量比为100:15-30。
优选的，所述步骤(5)中的羰基铁空心微球、氨基功能化多孔SiO2空心微球、苯胺和过硫酸铵的质量比为120-150:10-30:100:260-300。
(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：
该一种轻质的SiO2-羰基铁-聚苯胺复合电磁屏蔽材料，通过盐酸活化和氯化铁刻蚀，得到空心结构的羰基铁空心微球，具有密度低，质量轻的特点，以间二苯酚和甲醛反应生成的酚醛树脂微球作为模板，得到多孔空心结构SiO2微球，再通过3-氨基丙基三乙氧基硅烷修饰，得到氨基功能化多孔SiO2空心微球，以氨基作为聚合活性中心，使聚苯胺在多孔SiO2空心微球上原位聚合，使SiO2均匀分散在聚苯胺的基体中，有利于提高SiO2与聚苯胺的界面相容性，并且通过控制多孔SiO2空心微球、聚苯胺和羰基铁空心微球的质量比，使SiO2-羰基铁-聚苯胺复合电磁屏蔽材料表现出优异的阻抗匹配性能，可以通过电损耗和磁损耗有效对电磁波进行损耗，复合电磁屏蔽材料密度低、质量轻、性能高的要求。
附图说明
图1是超声分散装置正面示意图；
图2是伸缩杆放大示意图；
图3是夹板调节示意图。
1-超声分散装置；2-超声水浴槽；3-加热管；4-超声发射器；5-卡槽；6-旋转齿轮；7-伸缩杆；8-夹板；9-反应瓶。
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：一种轻质的SiO2-羰基铁-聚苯胺复合电磁屏蔽材料，制备方法包括以下步骤：
(1)向反应瓶中加入稀盐酸和羰基铁微球，置于超声分散装置中，超声分散装置包括超声水浴槽，超声水浴槽下方设置有加热管，超声水浴槽上方固定连接有超声发射器，超声水浴槽内壁两侧固定连接有卡槽，卡槽活动连接有旋转齿轮，旋转齿轮活动连接有伸缩杆，伸缩杆固定连接有夹板，夹板活动连接有反应瓶，超声分散均匀后，使用蒸馏水离心分离和洗涤并干燥，得到预活化羰基铁微球。
(2)向反应瓶中加入蒸馏水、质量比为10:30-50的三氯化铁和预活化羰基铁微球，超声反应10-30min，依次使用稀盐酸和蒸馏水离心分离、洗涤并干燥，制备得到羰基铁空心微球。
(3)向反应瓶中加入乙醇溶剂、间二苯酚和甲醛水溶液，搅拌均匀后加入浓氨水，匀速搅拌反应5-10h，再缓慢滴加正硅酸乙酯，其中间二苯酚、甲醛、浓氨水和正硅酸乙酯的质量比为20-25:10:140-160:100-150，匀速搅拌反应20-30h，使用蒸馏水和乙醇离心分离和洗涤，固体混合产物置于电阻炉中，升温至500-550℃，保温煅烧2-4h，制备得到多孔SiO2空心微球。
(4)向反应瓶中加入体积比为30-50:1的乙醇和蒸馏水混合溶剂，加入多孔SiO2空心微球，超声分散均匀后加入3-氨基丙基三乙氧基硅烷，两者质量比为100:15-30，加热至50-70℃，匀速搅拌反应2-6h，使用蒸馏水和乙醇离心分离和洗涤，制备得到氨基功能化多孔SiO2空心微球。
(5)向反应瓶中加入物质的量浓度为0.8-1.2mol/L的盐酸溶液、羰基铁空心微球、氨基功能化多孔SiO2空心微球和苯胺，超声分散均匀后缓慢滴加过硫酸铵的水溶液，其中羰基铁空心微球、氨基功能化多孔SiO2空心微球、苯胺和过硫酸铵的质量比为120-150:10-30:100:260-300，匀速搅拌反应1-3h，使用蒸馏水和丙酮洗涤并干燥，制备得到轻质的SiO2-羰基铁-聚苯胺复合电磁屏蔽材料。
实施例1
(1)向反应瓶中加入稀盐酸和羰基铁微球，置于超声分散装置中，超声分散装置包括超声水浴槽，超声水浴槽下方设置有加热管，超声水浴槽上方固定连接有超声发射器，超声水浴槽内壁两侧固定连接有卡槽，卡槽活动连接有旋转齿轮，旋转齿轮活动连接有伸缩杆，伸缩杆固定连接有夹板，夹板活动连接有反应瓶，超声分散均匀后，使用蒸馏水离心分离和洗涤并干燥，得到预活化羰基铁微球。
(2)向反应瓶中加入蒸馏水、质量比为10:30的三氯化铁和预活化羰基铁微球，超声反应10min，依次使用稀盐酸和蒸馏水离心分离、洗涤并干燥，制备得到羰基铁空心微球。
(3)向反应瓶中加入乙醇溶剂、间二苯酚和甲醛水溶液，搅拌均匀后加入浓氨水，匀速搅拌反应5h，再缓慢滴加正硅酸乙酯，其中间二苯酚、甲醛、浓氨水和正硅酸乙酯的质量比为20:10:140:100，匀速搅拌反应20h，使用蒸馏水和乙醇离心分离和洗涤，固体混合产物置于电阻炉中，升温至500℃，保温煅烧2h，制备得到多孔SiO2空心微球。
(4)向反应瓶中加入体积比为30:1的乙醇和蒸馏水混合溶剂，加入多孔SiO2空心微球，超声分散均匀后加入3-氨基丙基三乙氧基硅烷，两者质量比为100:15，加热至50℃，匀速搅拌反应2h，使用蒸馏水和乙醇离心分离和洗涤，制备得到氨基功能化多孔SiO2空心微球。
(5)向反应瓶中加入物质的量浓度为0.8mol/L的盐酸溶液、羰基铁空心微球、氨基功能化多孔SiO2空心微球和苯胺，超声分散均匀后缓慢滴加过硫酸铵的水溶液，其中羰基铁空心微球、氨基功能化多孔SiO2空心微球、苯胺和过硫酸铵的质量比为120:10:100:260，匀速搅拌反应1h，使用蒸馏水和丙酮洗涤并干燥，制备得到轻质的SiO2-羰基铁-聚苯胺复合电磁屏蔽材料1。
实施例2
(1)向反应瓶中加入稀盐酸和羰基铁微球，置于超声分散装置中，超声分散装置包括超声水浴槽，超声水浴槽下方设置有加热管，超声水浴槽上方固定连接有超声发射器，超声水浴槽内壁两侧固定连接有卡槽，卡槽活动连接有旋转齿轮，旋转齿轮活动连接有伸缩杆，伸缩杆固定连接有夹板，夹板活动连接有反应瓶，超声分散均匀后，使用蒸馏水离心分离和洗涤并干燥，得到预活化羰基铁微球。
(2)向反应瓶中加入蒸馏水、质量比为10:35的三氯化铁和预活化羰基铁微球，超声反应10min，依次使用稀盐酸和蒸馏水离心分离、洗涤并干燥，制备得到羰基铁空心微球。
(3)向反应瓶中加入乙醇溶剂、间二苯酚和甲醛水溶液，搅拌均匀后加入浓氨水，匀速搅拌反应10h，再缓慢滴加正硅酸乙酯，其中间二苯酚、甲醛、浓氨水和正硅酸乙酯的质量比为21:10:145:115，匀速搅拌反应30h，使用蒸馏水和乙醇离心分离和洗涤，固体混合产物置于电阻炉中，升温至500℃，保温煅烧4h，制备得到多孔SiO2空心微球。
(4)向反应瓶中加入体积比为36:1的乙醇和蒸馏水混合溶剂，加入多孔SiO2空心微球，超声分散均匀后加入3-氨基丙基三乙氧基硅烷，两者质量比为100:20，加热至70℃，匀速搅拌反应6h，使用蒸馏水和乙醇离心分离和洗涤，制备得到氨基功能化多孔SiO2空心微球。
(5)向反应瓶中加入物质的量浓度为1mol/L的盐酸溶液、羰基铁空心微球、氨基功能化多孔SiO2空心微球和苯胺，超声分散均匀后缓慢滴加过硫酸铵的水溶液，其中羰基铁空心微球、氨基功能化多孔SiO2空心微球、苯胺和过硫酸铵的质量比为130:15:100:270，匀速搅拌反应2h，使用蒸馏水和丙酮洗涤并干燥，制备得到轻质的SiO2-羰基铁-聚苯胺复合电磁屏蔽材料2。
实施例3
(1)向反应瓶中加入稀盐酸和羰基铁微球，置于超声分散装置中，超声分散装置包括超声水浴槽，超声水浴槽下方设置有加热管，超声水浴槽上方固定连接有超声发射器，超声水浴槽内壁两侧固定连接有卡槽，卡槽活动连接有旋转齿轮，旋转齿轮活动连接有伸缩杆，伸缩杆固定连接有夹板，夹板活动连接有反应瓶，超声分散均匀后，使用蒸馏水离心分离和洗涤并干燥，得到预活化羰基铁微球。
(2)向反应瓶中加入蒸馏水、质量比为10:42的三氯化铁和预活化羰基铁微球，超声反应20min，依次使用稀盐酸和蒸馏水离心分离、洗涤并干燥，制备得到羰基铁空心微球。
(3)向反应瓶中加入乙醇溶剂、间二苯酚和甲醛水溶液，搅拌均匀后加入浓氨水，匀速搅拌反应8h，再缓慢滴加正硅酸乙酯，其中间二苯酚、甲醛、浓氨水和正硅酸乙酯的质量比为23:10:155:135，匀速搅拌反应25h，使用蒸馏水和乙醇离心分离和洗涤，固体混合产物置于电阻炉中，升温至540℃，保温煅烧3h，制备得到多孔SiO2空心微球。
(4)向反应瓶中加入体积比为45:1的乙醇和蒸馏水混合溶剂，加入多孔SiO2空心微球，超声分散均匀后加入3-氨基丙基三乙氧基硅烷，两者质量比为100:35，加热至60℃，匀速搅拌反应4h，使用蒸馏水和乙醇离心分离和洗涤，制备得到氨基功能化多孔SiO2空心微球。
(5)向反应瓶中加入物质的量浓度为1mol/L的盐酸溶液、羰基铁空心微球、氨基功能化多孔SiO2空心微球和苯胺，超声分散均匀后缓慢滴加过硫酸铵的水溶液，其中羰基铁空心微球、氨基功能化多孔SiO2空心微球、苯胺和过硫酸铵的质量比为140:25:100:290，匀速搅拌反应2h，使用蒸馏水和丙酮洗涤并干燥，制备得到轻质的SiO2-羰基铁-聚苯胺复合电磁屏蔽材料3。
实施例4
(1)向反应瓶中加入稀盐酸和羰基铁微球，置于超声分散装置中，超声分散装置包括超声水浴槽，超声水浴槽下方设置有加热管，超声水浴槽上方固定连接有超声发射器，超声水浴槽内壁两侧固定连接有卡槽，卡槽活动连接有旋转齿轮，旋转齿轮活动连接有伸缩杆，伸缩杆固定连接有夹板，夹板活动连接有反应瓶，超声分散均匀后，使用蒸馏水离心分离和洗涤并干燥，得到预活化羰基铁微球。
(2)向反应瓶中加入蒸馏水、质量比为10:50的三氯化铁和预活化羰基铁微球，超声反应30min，依次使用稀盐酸和蒸馏水离心分离、洗涤并干燥，制备得到羰基铁空心微球。
(3)向反应瓶中加入乙醇溶剂、间二苯酚和甲醛水溶液，搅拌均匀后加入浓氨水，匀速搅拌反应10h，再缓慢滴加正硅酸乙酯，其中间二苯酚、甲醛、浓氨水和正硅酸乙酯的质量比为25:10:160:150，匀速搅拌反应30h，使用蒸馏水和乙醇离心分离和洗涤，固体混合产物置于电阻炉中，升温至550℃，保温煅烧4h，制备得到多孔SiO2空心微球。
(4)向反应瓶中加入体积比为50:1的乙醇和蒸馏水混合溶剂，加入多孔SiO2空心微球，超声分散均匀后加入3-氨基丙基三乙氧基硅烷，两者质量比为100:30，加热至70℃，匀速搅拌反应6h，使用蒸馏水和乙醇离心分离和洗涤，制备得到氨基功能化多孔SiO2空心微球。
(5)向反应瓶中加入物质的量浓度为1.2mol/L的盐酸溶液、羰基铁空心微球、氨基功能化多孔SiO2空心微球和苯胺，超声分散均匀后缓慢滴加过硫酸铵的水溶液，其中羰基铁空心微球、氨基功能化多孔SiO2空心微球、苯胺和过硫酸铵的质量比为150:30:100:300，匀速搅拌反应3h，使用蒸馏水和丙酮洗涤并干燥，制备得到轻质的SiO2-羰基铁-聚苯胺复合电磁屏蔽材料4。
对比例1
(1)向反应瓶中加入稀盐酸和羰基铁微球，置于超声分散装置中，超声分散装置包括超声水浴槽，超声水浴槽下方设置有加热管，超声水浴槽上方固定连接有超声发射器，超声水浴槽内壁两侧固定连接有卡槽，卡槽活动连接有旋转齿轮，旋转齿轮活动连接有伸缩杆，伸缩杆固定连接有夹板，夹板活动连接有反应瓶，超声分散均匀后，使用蒸馏水离心分离和洗涤并干燥，得到预活化羰基铁微球。
(2)向反应瓶中加入蒸馏水、质量比为10:25的三氯化铁和预活化羰基铁微球，超声反应30min，依次使用稀盐酸和蒸馏水离心分离、洗涤并干燥，制备得到羰基铁空心微球。
(3)向反应瓶中加入乙醇溶剂、间二苯酚和甲醛水溶液，搅拌均匀后加入浓氨水，匀速搅拌反应5h，再缓慢滴加正硅酸乙酯，其中间二苯酚、甲醛、浓氨水和正硅酸乙酯的质量比为18:10:120:85，匀速搅拌反应30h，使用蒸馏水和乙醇离心分离和洗涤，固体混合产物置于电阻炉中，升温至550℃，保温煅烧4h，制备得到多孔SiO2空心微球。
(4)向反应瓶中加入体积比为25:1的乙醇和蒸馏水混合溶剂，加入多孔SiO2空心微球，超声分散均匀后加入3-氨基丙基三乙氧基硅烷，两者质量比为100:10，加热至70℃，匀速搅拌反应6h，使用蒸馏水和乙醇离心分离和洗涤，制备得到氨基功能化多孔SiO2空心微球。
(5)向反应瓶中加入物质的量浓度为1.2mol/L的盐酸溶液、羰基铁空心微球、氨基功能化多孔SiO2空心微球和苯胺，超声分散均匀后缓慢滴加过硫酸铵的水溶液，其中羰基铁空心微球、氨基功能化多孔SiO2空心微球、苯胺和过硫酸铵的质量比为100:8:100:240，匀速搅拌反应3h，使用蒸馏水和丙酮洗涤并干燥，制备得到轻质的SiO2-羰基铁-聚苯胺复合电磁屏蔽材料对比1。
分别将实施例和对比例中的轻质的SiO2-羰基铁-聚苯胺复合电磁屏蔽材料与石蜡按照7:3的质量比混合均匀，压制成厚度为2mm的环状样品，使用e5070b矢量网络分析仪测试材料的电磁屏蔽性能，测试标准为GB/T34938-2017。
