α-Fe核殼結(jié)構(gòu)微納米復(fù)合材料的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于納米復(fù)合材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用有機(jī)羰基鐵金屬氣相分解沉積制備NiFe204@ a -Fe核殼結(jié)構(gòu)微納米復(fù)合材料的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]當(dāng)今電子工業(yè)迅速發(fā)展，電磁輻射已成為一種新的環(huán)境污染，其對各種電子設(shè)備的干擾及對人體健康的危害也逐漸引起研究人員的廣泛關(guān)注。目前抗干擾和防護(hù)手段主要是采用電磁屏蔽和抗電磁干擾技術(shù)，使得對吸波材料的研究成為熱點(diǎn)問題。在吸波材料的基礎(chǔ)研究中，高性能吸波劑研制是吸波材料的技術(shù)核心。相對于單組份微納米顆粒，復(fù)合材料具有特殊的電子結(jié)構(gòu)和表面性質(zhì)，因而其在電磁波吸收領(lǐng)域的研究日益得到重視。
[0003]NiFe204具有價(jià)格低廉、制備工藝簡單、介電常數(shù)相對較小，匹配性能較好等特點(diǎn)，而在吸波材料中得到了廣泛的應(yīng)用。但是，鐵氧體吸收劑存在磁性強(qiáng)度較小，匹配厚度大等問題，使得鐵氧體吸波材料的實(shí)用化受到了限制。因此，考慮在NiFe204表面引入具有磁損耗的磁性粒子。納米Fe粒子其磁性一般較鐵氧體強(qiáng)，飽和磁化強(qiáng)度是NiFe204的四倍以上，可以獲得較高的磁導(dǎo)率和磁損耗。但是，其存在吸收頻帶窄，匹配性能差，易氧化等缺點(diǎn)，應(yīng)用范圍受到了一定的限制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對上述現(xiàn)有技術(shù)現(xiàn)狀，本發(fā)明提供一種利用金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積法制備NiFe204i a -Fe核殼結(jié)構(gòu)微納米復(fù)合材料的方法。
[0005]現(xiàn)將本發(fā)明構(gòu)思及技術(shù)解決方案敘述如下:
[0006]設(shè)計(jì)一種兼具兩者優(yōu)點(diǎn)的核殼結(jié)構(gòu)復(fù)合材料，在微納米尺度上對復(fù)合吸波劑進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和化學(xué)裁剪，利用微納米殼層調(diào)節(jié)電磁參數(shù)，有望獲得良好的吸波效果。本發(fā)明的基本思想是，探索一種兼具兩者優(yōu)點(diǎn)的核殼結(jié)構(gòu)復(fù)合材料的經(jīng)濟(jì)可行的制備工藝，有利于這種復(fù)合材料的實(shí)際應(yīng)用。。
[0007]本發(fā)明通過制備NiFe204@a -Fe核殼結(jié)構(gòu)微納米復(fù)合材料的試驗(yàn)，得到了的微米級(jí)的NiFe204具有較大的比表面積，F(xiàn)e (CO) 5蒸汽會(huì)吸附在NiFe 204表面，然后受熱分解沉積。通過調(diào)整工藝參數(shù)，可以控制殼層厚度與核殼結(jié)構(gòu)形貌，調(diào)節(jié)電磁參數(shù)。為本發(fā)明方法奠定了基礎(chǔ)。
[0008]本發(fā)明在上述構(gòu)思和準(zhǔn)備工作的基礎(chǔ)上，提供一種NiFe204@ a -Fe核殼結(jié)構(gòu)微納米復(fù)合材料的制備方法，其特征在于:采用羰基鐵氣相分解沉積方法，包括以下步驟:
[0009]步驟1:將市售NiFe204粉末放入反應(yīng)器中，通入惰性保護(hù)氣體排空反應(yīng)器內(nèi)空氣，緩加熱使之升溫至190°C?250°C之間；
[0010]步驟2:在保護(hù)氣體氛圍下，通入Fe(C0)5蒸氣，在反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行分解沉積及冷凝回流，反應(yīng)過程中要不斷攪拌；
[0011]步驟3:達(dá)到反應(yīng)時(shí)間后，繼續(xù)通入保護(hù)氣體；待裝置溫度降到室溫，打開反應(yīng)器，取出制得的NiFe204@a -Fe核殼結(jié)構(gòu)微納米復(fù)合材料粉末。
[0012]本發(fā)明進(jìn)一步提供一種NiFe204@ a -Fe核殼結(jié)構(gòu)微納米復(fù)合材料的制備方法，其特征在于:所述保護(hù)氣體為氮?dú)猓瑲怏w流量在30?120mL/min之間。
[0013]本發(fā)明進(jìn)一步提供一種NiFe204@ a -Fe核殼結(jié)構(gòu)微納米復(fù)合材料的制備方法，其特征在于:反應(yīng)時(shí)間在10-90min之間；反應(yīng)過程中的攪拌速度在120_280r/min之間。
[0014]本發(fā)明進(jìn)一步提供一種NiFe204@a -Fe核殼結(jié)構(gòu)微納米復(fù)合材料的制備方法，其特征在于:所制備的NiFe204@a -Fe核殼結(jié)構(gòu)微納米復(fù)合材料中a -Fe顆粒粒徑在200-600nm之間；所制得的粉末為黑色粉末。
[0015]本發(fā)明進(jìn)一步提供一種NiFe204@a -Fe核殼結(jié)構(gòu)微納米復(fù)合材料的制備方法，其特征在于:所述的反應(yīng)結(jié)束后，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，直至所得的NiFe204@a -Fe核殼結(jié)構(gòu)微納米復(fù)合材料溫度降至室溫。
[0016]本發(fā)明進(jìn)一步提供一種NiFe204@a -Fe核殼結(jié)構(gòu)微納米復(fù)合材料的制備方法，其特征在于:所述反應(yīng)器為四口燒瓶。
[0017]本發(fā)明的有益效果是:采用羰基鐵氣相分解沉積方法可以一步得到NiFe204@a -Fe核殼結(jié)構(gòu)微納米復(fù)合材料。優(yōu)點(diǎn)如下:
[0018](1)微納米級(jí)NiFe204具有較大的比表面積，可以有效地吸附羰基鐵蒸汽。通過調(diào)節(jié)反應(yīng)時(shí)間及沉積溫度，可以有效地調(diào)節(jié)核殼結(jié)構(gòu)形貌、殼層厚度及反射率。采用該方法得到的a -Fe顆粒大小均勻，形成了完整的核殼結(jié)構(gòu)且包覆厚度均勻。
[0019](2)本發(fā)明NiFe204@a -Fe制備工藝簡單、獲取容易、合成設(shè)備操作簡便、制備成本較低，工藝流程簡單，原材料易于獲取，有利于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。
[0020](3)所得到的NiFe204@ a -Fe核殼結(jié)構(gòu)微納米復(fù)合材料兼具了 NiFe204和a -Fe的優(yōu)點(diǎn)，明顯的改善了 NiFe204的吸波能力，在電磁波吸收和屏蔽等領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用價(jià)值。
【附圖說明】
[0021]圖1為NiFe204粉體的掃描電鏡(SEM)圖
[0022]圖2為NiFe204@ a -Fe核殼結(jié)構(gòu)粉體表面圖
[0023]圖3是NiFe204@ a -Fe核殼結(jié)構(gòu)粉體橫截面圖
[0024]圖4為本發(fā)明橫截面的電子衍射線掃描(EDS)圖
[0025]圖5為本發(fā)明的X射線衍射(XRD)圖
[0026]圖6為NiFe204和本發(fā)明制備的NiFe 204i a -Fe核殼結(jié)構(gòu)粉體的反射損耗圖
[0027]圖7為NiFe204@ a -Fe復(fù)合粒子的掃描電鏡圖
[0028]圖8為NiFe204@ a -Fe復(fù)合粒子截面的掃描電鏡圖
[0029]具體實(shí)施方法
[0030]以下通過實(shí)施例對本發(fā)明NiFe204@a -Fe核殼結(jié)構(gòu)微納米復(fù)合材料的制備進(jìn)行進(jìn)一步說明，但并不因此而限制本發(fā)明。
[0031]實(shí)施例1:
[0032]步驟1:將10g購買的NiFe204粉末和15ml五羰基鐵[Fe (CO) 5]分別加入到反應(yīng)器和蒸發(fā)器中；
[0033]步驟2:接通N2，將管路中的空氣全部吹出，關(guān)閉氣源，同時(shí)關(guān)閉反應(yīng)器和蒸發(fā)器之間的閥門^NiFe204和Fe(CO) 5加熱到210°C和80°C時(shí)打開反應(yīng)器和蒸發(fā)器之間的閥門；
[0034]步驟3:將氮?dú)庠匆?0mL/min的流量將Fe (C0)5蒸氣吹入到反應(yīng)器中，攪拌速度為200r/min。N2的流量大小通過氣體流量計(jì)控制；Fe(C0) 5采用數(shù)顯恒溫油浴鍋加熱，氣態(tài)Fe(C0)5進(jìn)入反應(yīng)器之前的管路都包覆有一層保溫套，防止氣態(tài)的Fe(CO) 5在低溫處凝結(jié)，造成管路不暢；Fe(C0)5.氣吹入時(shí)間為30min，最后樣品在N2保護(hù)下冷卻、收集，得到的黑色粉末即為NiFe204@ a -Fe核殼結(jié)構(gòu)微納米復(fù)合材料。
[0035]圖1和圖2分別為NiFe204粉體和NiFe 204i a -Fe核殼結(jié)構(gòu)微納米復(fù)合材料的掃描電子顯微鏡圖?？梢姡贜iFe204粉末的表面能夠清楚地看到致密的納米鐵球形顆粒，并且包覆層完整，顆粒尺寸均勻，為300?500nm。
[0036]圖3為NiFe204@ a-Fe的截面圖，可見形成了完整的核殼結(jié)構(gòu)，殼層厚度平均為
0.69 μ m。
[0037]圖4和圖5分別為NiFe204@a-Fe的EDS掃描圖和XRD圖。圖4可見，包覆層為Fe且包覆層完整。圖5可以看出樣品在44.5°左右出現(xiàn)了明顯的a-Fe的特征峰，表明NiFe204i a -Fe氧體的表面已經(jīng)成功的“鍍”上了一層單質(zhì)鐵。未見其他雜質(zhì)峰，表明Fe未被氧化。
[0038]圖6為NiFe204和NiFe 20β a -Fe (實(shí)施例1)的反射損耗圖。由圖可見，以基體石錯(cuò)(40wt% )和NiFe204i a -Fe粉體樣品(60wt% )、基體石錯(cuò)(40wt% )和NiFe204粉體樣品(60wt% )制備的吸波體在厚度為3.5mm時(shí)，相比于NiFe204，NiFe204i a -Fe的吸波效果得到了明顯改善，最大損耗在_25dB左右，小于-10dB的帶寬為4.7GHz左右。
[0039]實(shí)施例2:
[0040]步驟1:將10g制備的NiFe204粉末和15ml五羰基鐵[Fe (CO) 5]分別加入到反應(yīng)器和蒸發(fā)器中；
[0041]步驟2:接通N2，將管路中的空氣全部吹出，關(guān)閉氣源，同時(shí)關(guān)閉反應(yīng)器和蒸發(fā)器之間的閥門。將NiFe204和Fe (C0) 5加熱到250°C和80°C時(shí)打開反應(yīng)器和蒸發(fā)器之間的閥門；
[0042]步驟3:將氮?dú)庠匆?0mL/min的流量將Fe (C0)5蒸氣吹入到反應(yīng)器中，攪拌速度為180r/min ;N2的流量大小通過氣體流量計(jì)控制；Fe(C0) 5采用數(shù)顯恒溫油浴鍋加熱，氣態(tài)Fe(C0)5進(jìn)入反應(yīng)器之前的管路都包覆有一層保溫套，防止氣態(tài)的Fe(C0) 5在低溫處凝結(jié)，造成管路不暢。Fe(C0)5.氣吹入時(shí)間為30min，最后樣品在N2保護(hù)下冷卻、收集，得到的黑色粉末即為NiFe204@ a -Fe核殼結(jié)構(gòu)微納米復(fù)合粉末狀材料。
[0043]圖7為NiFe204@a -Fe復(fù)合粒子的掃描電鏡圖，可見單質(zhì)鐵的尺寸約500nm。圖8為NiFe204@ a -Fe復(fù)合粒子截面的掃描電鏡圖，可見包覆層完整，殼層厚度平均為1.4 μ m。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種NiFe 204@a _Fe核殼結(jié)構(gòu)微納米復(fù)合材料的制備方法，其特征在于:采用羰基鐵氣相分解沉積方法，包括以下步驟: 步驟1:將市售NiFe204粉末放入反應(yīng)器中，通入惰性保護(hù)氣體排空反應(yīng)器內(nèi)空氣，緩加熱使之升溫至190°C _250°C之間； 步驟2:在保護(hù)氣體氛圍下，通入Fe(C0)5蒸氣，在反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行分解沉積及冷凝回流，反應(yīng)過程中要不斷攪拌； 步驟3:達(dá)到反應(yīng)時(shí)間后，繼續(xù)通入保護(hù)氣體；待裝置溫度降到室溫，打開反應(yīng)器，取出制得的NiFe204@a -Fe核殼結(jié)構(gòu)微納米復(fù)合材料粉末。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種NiFe204i a -Fe核殼結(jié)構(gòu)微納米復(fù)合材料的制備方法，其特征在于:所述保護(hù)氣體為氮?dú)?，氣體流量在30-120mL/min之間。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種NiFe204§ a -Fe核殼結(jié)構(gòu)微納米復(fù)合材料的制備方法，其特征在于:反應(yīng)時(shí)間在10-90min之間；反應(yīng)過程中的攪拌速度在120_280r/min之間。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種NiFe204i a -Fe核殼結(jié)構(gòu)微納米復(fù)合材料的制備方法，其特征在于:所制備的NiFe204@a -Fe核殼結(jié)構(gòu)微納米復(fù)合材料中a -Fe顆粒粒徑在200-600nm之間；所制得的粉末為黑色粉末。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種NiFe204@ a -Fe核殼結(jié)構(gòu)微納米復(fù)合材料的制備方法，其特征在于:所述的反應(yīng)結(jié)束后，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，直至所得的NiFe204@a -Fe核殼結(jié)構(gòu)微納米復(fù)合材料溫度降至室溫。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種NiFe204i a -Fe核殼結(jié)構(gòu)微納米復(fù)合材料的制備方法，其特征在于:所述反應(yīng)器為四口燒瓶。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用有機(jī)羰基鐵金屬氣相分解沉積制備NiFe2O4α-Fe核殼結(jié)構(gòu)微納米復(fù)合材料的方法。包括：將NiFe2O4粉末放入反應(yīng)器中，通入惰性保護(hù)氣體，緩加熱使之升溫；在保護(hù)氣體氛圍下，通入Fe(CO)5蒸氣，在反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行分解沉積及冷凝回流；達(dá)到反應(yīng)時(shí)間后，繼續(xù)通入保護(hù)氣體；待裝置溫度降到室溫，取出制得的粉末。本發(fā)明可以一步得到NiFe2O4α-Fe核殼結(jié)構(gòu)微納米復(fù)合材料粉體，粉體具有較大的比表面積，通過調(diào)節(jié)反應(yīng)時(shí)間及沉積溫度可以有效地調(diào)節(jié)核殼結(jié)構(gòu)形貌、殼層厚度及反射率；制備工藝簡單、獲取容易、合成設(shè)備操作簡便、制備成本較低；在電磁波吸收和屏蔽等領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用價(jià)值。
【IPC分類】B22F1/02, B22F9/28, B82Y40/00
【公開號(hào)】CN105268997
【申請?zhí)枴緾N201410637104
【發(fā)明人】劉祥萱, 劉淵, 劉鑫, 王煊軍
【申請人】中國人民解放軍第二炮兵工程大學(xué)
【公開日】2016年1月27日
【申請日】2014年11月12日