本發(fā)明主要涉及磁性材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種開關(guān)電源變壓器用高機(jī)械強(qiáng)度的二茂鐵衍生物功能化有機(jī)磁芯材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
隨著微波通信技術(shù)的迅猛發(fā)展，電子器件和微帶天線正朝高頻化、小型化、輕量化和平面化方向發(fā)展，在這些裝置中，電源部分是影響體積重量的主要因素。這是因?yàn)殡娫磧?nèi)部存在磁性元件包括變壓器和電感器，隨著電源技術(shù)的不斷發(fā)展，工作頻率的大幅度提高使磁性元件的體積大為縮小，實(shí)現(xiàn)變壓器、電感器的微型化。因此，具有特殊功能的有機(jī)磁性材料受到科學(xué)界和高技術(shù)領(lǐng)域的高度重視。
馬利、李艷軍等人在其《有機(jī)磁體聚苯胺/四氧化三鐵/多壁碳納米管的制備及其性能研究》一文中，采用溶液聚合法制備有機(jī)磁體聚苯胺，并將其與多壁碳納米管和四氧化三鐵復(fù)合，將右旋樟腦磺酸和二聚體引入到聚苯胺的合成過程中，以達(dá)到合成出具有磁損耗的介電損耗材料，同時(shí)將其與四氧化三鐵和多壁碳納米管復(fù)合，形成三層包覆結(jié)構(gòu)的材料，以最大程度的提高材料的微波吸收性能。
二茂鐵(Fc)是由二價(jià)鐵離子分布在兩個(gè)環(huán)戊二烯之間，形成了“三明治”電子共軛螯合物結(jié)構(gòu)，由于二茂鐵符合休克爾規(guī)則(2n+2=18)，因此化學(xué)性質(zhì)特別穩(wěn)定，具有高熱穩(wěn)定性，400℃以內(nèi)不分解，耐酸堿及紫外輻照。因二茂鐵價(jià)廉易得，可與許多有機(jī)試劑反應(yīng)，且易于改變重復(fù)結(jié)構(gòu)單元的長(zhǎng)度以及金屬離子類型等，便于合成居里溫度Tc較高的常溫穩(wěn)定的磁性材料。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種開關(guān)電源變壓器用高機(jī)械強(qiáng)度的二茂鐵衍生物功能化有機(jī)磁芯材料及其制備方法，制備的有機(jī)磁體在高頻、微波下既有一定磁導(dǎo)率又有較高介電常數(shù)（即縮波因子較大）。
一種開關(guān)電源變壓器用高機(jī)械強(qiáng)度的二茂鐵衍生物功能化有機(jī)磁芯材料，由以下重量份的原料組成：二茂鐵單甲酰氯15-20份，炭黑6-12份，65%濃硝酸適量，二氯亞砜80-100份，乙二醇75-85份，去離子水適量，二氯甲烷適量，硫酸亞鐵3-8份，氨水適量，苯胺20-28份，右旋樟腦磺酸10-20份，N,N-二甲基甲酰胺適量，過硫酸銨2-4份，無水乙醇適量，鈦酸酯偶聯(lián)劑1-3份，聚乙烯2-7份，粘土1-3份，碳酸錳2-5份，硅橡膠粉1-2份。
具體步驟如下：
（1）表面羥基化炭黑的制備：
①、將炭黑、65%濃硝酸加入到三口燒瓶中，超聲分散25-40分鐘，反應(yīng)體系經(jīng)除氧后，釆用油浴加熱至95-105℃，于攪拌下反應(yīng)35-38小時(shí)，冷卻至室溫后過濾，用去離子水洗滌濾餅至濾液pH至中性，產(chǎn)物置于45-55℃真空干燥至恒重，即得羧酸化炭黑；
②、將羧酸化炭黑、二氯亞砜加入到反應(yīng)瓶中，超聲分散10-30分鐘，反應(yīng)體系經(jīng)除氧后，采用油浴加熱至回流反應(yīng)20-24小時(shí)，減壓蒸餾除去過量的二氯亞砜，之后在氬氣保護(hù)下，加入乙二醇，升溫到115-125℃，攪拌反應(yīng)22-25小時(shí)，反應(yīng)結(jié)束后減壓抽濾，將濾餅用大量的去離子水洗滌3-4次，最后，將濾餅置于45-55℃真空干燥至恒重，即得表面羥基化炭黑，備用；
（2）二茂鐵基化合物接枝炭黑負(fù)載四氧化三鐵：
將上述表面羥基化炭黑放入裝有二氯甲烷的三頸燒瓶中，加入二茂鐵單甲酰氯，超聲分散15-25分鐘，反應(yīng)體系經(jīng)除氧后，釆用油浴加熱至回流，于攪拌下反應(yīng)15-20小時(shí)，減壓蒸餾除去溶劑后，加入硫酸鐵、去離子水，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下超聲分散30-60分鐘直到鐵鹽都溶解，冷卻至常溫，用沉淀法將四氧化三鐵沉淀到炭黑的表面，過濾、干燥得到二茂鐵基化合物接枝炭黑負(fù)載四氧化三鐵；
（3）有機(jī)磁體復(fù)合材料的制備：
將苯胺、右旋樟腦磺酸溶于有機(jī)溶劑中，通過超聲將右旋樟腦磺酸全部溶解，將過硫酸銨分3-5次加入反應(yīng)體系中進(jìn)行誘導(dǎo)聚合14-16小時(shí)，反應(yīng)結(jié)束后將產(chǎn)品過濾，水和無水乙醇分別洗滌三次，于55-65℃真空干燥至恒重，得到有機(jī)磁體復(fù)合材料；
（4）將硅橡膠粉加入2-4倍去離子水稀釋，加入粘土、碳酸錳攪拌均勻，再利用球磨機(jī)將物料混合球磨，混合時(shí)間4-6小時(shí)，使得物料的目數(shù)到達(dá)到150-200目，后取出，烘干得混合料；
（5）按步驟（3）有機(jī)磁體在高能球磨后過120目篩孔，再加入鈦酸酯偶聯(lián)劑、聚乙烯及步驟（4）混合料在150-160℃的雙輥機(jī)上混煉20-40分鐘，然后在100kg/cm2的壓機(jī)熱壓成有機(jī)磁芯材料。
其中，所述的步驟（3）中使用的有機(jī)溶劑可以是二甲亞砜、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、四氫呋喃、N-甲基-吡咯烷酮。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：
（1）本發(fā)明通過在炭黑表面引入活潑基團(tuán)-羥基，再跟二茂鐵單甲酰氯反應(yīng)得到二茂鐵接枝的炭黑，接著采用沉淀法將四氧化三鐵沉淀到二茂鐵接枝的炭黑表面，使得有機(jī)磁芯材料結(jié)合炭黑與四氧化三鐵的優(yōu)點(diǎn)，再者利用二茂鐵結(jié)構(gòu)獨(dú)特的磁性能，提高材料的磁導(dǎo)率、介電常數(shù)以及居里溫度，使得材料具有較大的縮波因子、低電磁損耗和拓寬頻帶等特點(diǎn)。
（2）本發(fā)明利用原位聚合法形成核殼結(jié)構(gòu)的納米有機(jī)磁體材料，摻雜右旋樟腦磺酸的聚苯胺為殼體材料，右旋樟腦磺酸的引入使得聚苯胺具有螺旋結(jié)構(gòu)，從而使聚苯胺具有磁性；另外二茂鐵基化合物接枝炭黑負(fù)載四氧化三鐵復(fù)合物為核材，與聚苯胺結(jié)合使得有機(jī)磁體材料的導(dǎo)磁性增強(qiáng)，從很大程度下提高了材料的反射損耗，拓寬了微波吸收的頻寬，提高了材料的縮波性能，使電子元件更小、更輕、更薄，實(shí)現(xiàn)微型化。
（3）本發(fā)明添加硅橡膠粉、粘土來提高磁芯強(qiáng)度，折斷強(qiáng)度得到提高，同規(guī)格產(chǎn)品抗折強(qiáng)度相較傳統(tǒng)的磁芯提高10-40%，大大提高機(jī)械強(qiáng)度，磁芯在繞線時(shí)不易折斷，降低繞線時(shí)的報(bào)廢率，節(jié)約資源，降低成本。
具體實(shí)施方式
一種開關(guān)電源變壓器用高機(jī)械強(qiáng)度的二茂鐵衍生物功能化有機(jī)磁芯材料，由以下重量份的原料組成：二茂鐵單甲酰氯18份，炭黑9份，65%濃硝酸適量，二氯亞砜95份，乙二醇80份，去離子水適量，二氯甲烷適量，硫酸亞鐵7份，氨水適量，苯胺23份，右旋樟腦磺酸16份，N,N-二甲基甲酰胺適量，過硫酸銨3份，無水乙醇適量，鈦酸酯偶聯(lián)劑2份，聚乙烯5份，粘土4份，碳酸錳2份，硅橡膠粉1份。
具體步驟如下：
（1）表面羥基化炭黑的制備：
①、將炭黑、65%濃硝酸加入到三口燒瓶中，超聲分散30分鐘，反應(yīng)體系經(jīng)除氧后，釆用油浴加熱至100℃，于攪拌下反應(yīng)36小時(shí)，冷卻至室溫后過濾，用去離子水洗滌濾餅至濾液pH至中性，產(chǎn)物置于50℃真空干燥至恒重，即得羧酸化炭黑；
②、將羧酸化炭黑、二氯亞砜加入到反應(yīng)瓶中，超聲分散20分鐘，反應(yīng)體系經(jīng)除氧后，采用油浴加熱至回流反應(yīng)22小時(shí)，減壓蒸餾除去過量的二氯亞砜，之后在氬氣保護(hù)下，加入乙二醇，升溫到120℃，攪拌反應(yīng)24小時(shí)，反應(yīng)結(jié)束后減壓抽濾，將濾餅用大量的去離子水洗滌4次，最后，將濾餅置于50℃真空干燥至恒重，即得表面羥基化炭黑，備用；
（2）二茂鐵基化合物接枝炭黑負(fù)載四氧化三鐵：
將上述表面羥基化炭黑放入裝有二氯甲烷的三頸燒瓶中，加入二茂鐵單甲酰氯，超聲分散20分鐘，反應(yīng)體系經(jīng)除氧后，釆用油浴加熱至回流，于攪拌下反應(yīng)18小時(shí)，減壓蒸餾除去溶劑后，加入硫酸鐵、去離子水，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下超聲分散50分鐘直到鐵鹽都溶解，冷卻至常溫，用沉淀法將四氧化三鐵沉淀到炭黑的表面，過濾、干燥得到二茂鐵基化合物接枝炭黑負(fù)載四氧化三鐵；
（3）有機(jī)磁體復(fù)合材料的制備：
將苯胺、右旋樟腦磺酸溶于有機(jī)溶劑中，通過超聲將右旋樟腦磺酸全部溶解，將過硫酸銨分4次加入反應(yīng)體系中進(jìn)行誘導(dǎo)聚合15小時(shí)，反應(yīng)結(jié)束后將產(chǎn)品過濾，水和無水乙醇分別洗滌三次，于60℃真空干燥至恒重，得到有機(jī)磁體復(fù)合材料；
（4）將硅橡膠粉加入3倍去離子水稀釋，加入粘土、碳酸錳攪拌均勻，再利用球磨機(jī)將物料混合球磨，混合時(shí)間5小時(shí)，使得物料的目數(shù)到達(dá)到200目，后取出，烘干得混合料；
（5）按步驟（3）有機(jī)磁體在高能球磨后過120目篩孔，再加入鈦酸酯偶聯(lián)劑、聚乙烯及步驟（4）混合料在155℃的雙輥機(jī)上混煉30分鐘，然后在100kg/cm2的壓機(jī)熱壓成有機(jī)磁芯材料。
其中，所述的步驟（3）中使用的有機(jī)溶劑可以是二甲亞砜、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、四氫呋喃、N-甲基-吡咯烷酮。
按照具體實(shí)施例制備的有機(jī)納米磁芯材料，對(duì)其進(jìn)行性能測(cè)試，結(jié)果如下：
磁化強(qiáng)度為321Am2/kg，比飽和磁化強(qiáng)度43emu/g，矯頑磁力2251e，居里溫度423℃。