CN105062417A - 一种有机-无机复合纳米微波吸收材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种有机-无机复合纳米微波吸收材料，其由聚偏氟乙烯与纳米态无机材料复合而成；其中所述无机材料包括金属、金属氧化物、金属硫化物或金属复合氧化物。本发明还涉及该有机-无机复合纳米微波吸收材料的制备方法，其包括以下步骤：(1)将聚偏氟乙烯和纳米态无机材料溶于有机溶剂中，搅拌得到混合物；(2)将上述混合物中的溶剂蒸发完全，得到所述有机-无机复合纳米微波吸收材料。本发明的有机-无机复合纳米微波吸收材料采用溶剂共混法制备，制备方法简单且可以直接制成薄膜状；制得的微波吸收材料均一稳定，同时具有一定的柔韧性。
Description
技术领域
本发明属于微波吸收材料技术领域，具体涉及一种具有良好微波吸收能力的有机-无机复合纳米微波吸收材料及其制备方法。
背景技术
微波吸收材料作为现代飞行器、武器装备等的基础材料，是现代隐身技术的重要支撑，从第二次世界大战后就一直是各国军方研制的热点。近年来，随着各种无线通信设备、计算机、遥感探测等电子技术的飞速发展，电子产品带来的电磁辐射危害使得微波吸收材料受到人们的极大关注。因此，对微波吸收材料的研究无论是在军事方面还是民用方面都具有重要意义。
传统的对微波吸收材料的研究主要是以将纳米态无机材料与石蜡复合为主，由于石蜡本身较软且熔点低，导致该类微波吸收材料的稳定性差，其应用性受到很大限制。而本发明选用聚偏氟乙烯(PVDF)与纳米态无机材料复合作为微波吸收材料并进行吸波研究。聚偏氟乙烯(PVDF)是一种典型的介电材料，其具有良好的成膜性和可剪裁性。除此之外，PVDF还具有优良的耐磨性、柔韧性和耐冲击性强度。最主要的是，PVDF与纳米态无机材料的纳米结构的界面效应以及二者之间的协同效应，对微波吸收材料的吸波性能有明显的增强作用，大大增加了微波吸收材料的实用性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有良好微波吸收能力的有机-无机复合纳米微波吸收材料，其可以制成薄膜状并且均一稳定，同时具有一定的柔韧性。本发明的目的还在于以简单的溶剂共混法制备该有机-无机复合纳米微波吸收材料。
本发明第一方面涉及一种有机-无机复合纳米微波吸收材料，其由聚偏氟乙烯与纳米态无机材料复合而成；其中所述无机材料包括金属、金属氧化物、金属硫化物或金属复合氧化物。其中所述纳米态无机材料可以采用任何现有技术中已有的制备方法得到，例如水热法。
在本发明优选的实施方案中，所述金属为Co；所述金属氧化物为Co3O4；所述金属硫化物为MoS2或CuS；所述金属复合氧化物为MnFe2O4。
本发明第二方面涉及本发明第一方面所述的有机-无机复合纳米微波吸收材料的制备方法，其包括以下步骤：
(1)将聚偏氟乙烯和纳米态无机材料溶于有机溶剂中，搅拌得到混合物；
(2)将上述混合物中的溶剂蒸发完全，得到所述有机-无机复合纳米微波吸收材料。优选地，所述混合物中的溶剂蒸发可以在高温下进行，例如可以将所述混合物在100℃的烘箱中干燥1-3小时。
在本发明优选的实施方案中，所述有机溶剂为N,N-二甲基甲酰胺(DMF)或N,N-二甲基乙酰胺(DMAc)。
在本发明优选的实施方案中，所述无机材料为金属、金属氧化物、金属硫化物或金属复合氧化物。
在本发明优选的实施方案中，所述金属为Co；所述金属氧化物为Co3O4；所述金属硫化物为MoS2或CuS；所述金属复合氧化物为MnFe2O4。
在本发明优选的实施方案中，所述聚偏氟乙烯与所述纳米态无机材料的质量比为20：1-1:1。
在本发明优选的实施方案中，所述聚偏氟乙烯与所述有机溶剂的质量比为1:50-1:200。
在本发明优选的实施方案中，在步骤(2)中将所述混合物置于平板状容器中并使溶剂蒸发完全得到薄膜状微波吸收材料，或者在制得所述有机-无机复合纳米微波吸收材料后对其进行压片得到薄膜状微波吸收材料。例如，所述平板状容器可以是培养皿或类似形状的容器。
本发明的优点在于：本发明的有机-无机复合纳米微波吸收材料相对于现有技术中将纳米态无机材料与石蜡复合得到的微波吸收材料而言，具有均一稳定的优点，且本发明的微波吸收材料还具有一定的柔韧性，大大增加了本发明的微波吸收材料的实用性。本发明的微波吸收材料采用溶剂共混法，反应条件温和且制备方法简单。最重要的是，本发明的微波吸收材料中PVDF与纳米态无机材料的纳米结构的界面效应以及二者之间的协同效应，对微波吸收材料的吸波性能有明显的增强作用。
附图说明
图1为本发明对比实施例1中的微波吸收材料在各厚度下的反射损耗图。
图2为本发明对比实施例2中的微波吸收材料在各厚度下的反射损耗图。
图3为本发明实施例1中PVDF-MoS2纳米复合微波吸收材料在各厚度下的反射损耗图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明的技术要点，本发明的保护范围应包括权利要求的全部内容，但不限于此。
对比实施例1
将纳米态MoS2和石蜡按照质量比1:1复合制得微波吸收材料A。
其中所述纳米态MoS2通过水热法制备，其制备方法包括以下步骤：将0.1gNa2MoO4·2H2O和0.2gL-半胱氨酸溶于50ml水中，搅拌均匀后将混合物放入密闭反应釜中，随后将该密闭反应釜放入烘箱中，于200℃自生压力下反应12h；待温度降到室温后，将反应后的混合物取出，并用去离子水和乙醇清洗样品数遍，最后将样品置于60℃烘箱，烘干，待用。
对比实施例2
以纯聚偏氟乙烯(PVDF)作为微波吸收材料B。
实施例1
按照如下步骤制备有机-无机复合纳米微波吸收材料C：
将1g聚偏氟乙烯(PVDF)溶于100g有机溶剂N,N-二甲基甲酰胺(DMF)中，于常温下不停地搅拌；待溶液澄清透明后，向其中加入0.25g纳米态MoS2，继续搅拌一段时间；最后，将上述溶液全部倒入培养皿中，并置于100℃的烘箱中干燥2小时，待溶剂蒸发完全后取出即得到所述PVDF-MoS2复合纳米微波吸收材料(其中，所述“-”表示其前后的有机物与无机物复合的含义)。
其中所述纳米态MoS2通过水热法制备，其制备方法包括以下步骤：将0.1gNa2MoO4·2H2O和0.2gL-半胱氨酸溶于50ml水中，搅拌均匀后将混合物放入密闭反应釜中，随后将该密闭反应釜放入烘箱中，于200℃自生压力下反应12h；待温度降到室温后，将反应后的混合物取出，并用去离子水和乙醇清洗样品数遍，最后将样品置于60℃烘箱，烘干，待用。
将上述微波吸收材料A、B、C依次进行压片，压片方法如下：将各材料分别放入模具后，先对各材料进行加热，待温度升到210℃后(对于微波吸收材料C而言，此状态下PVDF熔化，而纳米态MoS2不熔)，维持一段时间；随后开始加压，并保压10分钟；最后停止加热，待其降到室温后，取出压片，待测。采用特定的模具进行压片，将上述微波吸收材料A、B、C依次压成外径是7mm、内径3.04mm、厚度为2mm、2.5mm、3mm、3.5mm、4mm、4.5mm和5mm的小圆片，随后采用网络分析仪进行相应的吸波测试。所述微波吸收材料A、B、C的测试结果分别如图1、图2和图3所示。
由图1、图2和图3可以看出，与单纯MoS2或单纯PVDF的吸波性能相比，PVDF-MoS2复合纳米微波吸收材料的吸波性能并非介于单纯MoS2和单纯PVDF之间的某值，而是比二者吸波性能的叠加还要优越，这说明本发明的微波吸收材料中PVDF与纳米态无机材料之间具有某种协同效应，因而对微波吸收材料的吸波性能有明显的增强作用。在MoS2含量为20wt％的PVDF-MoS2复合纳米微波吸收材料中，其最低反射损耗值在5.0mm厚度下能达到-19.6dB(6.0GHz)，相当于约99％的电磁波能被吸收，而且随着厚度的变化，反射损耗值低于-10dB的频率范围为5.04-15.36GHz。
Claims (9)
1.一种有机-无机复合纳米微波吸收材料，其特征在于，其由聚偏氟乙烯与纳米态无机材料复合而成；其中所述无机材料包括金属、金属氧化物、金属硫化物或金属复合氧化物。
2.根据权利要求1所述的有机-无机复合纳米微波吸收材料，其特征在于，所述金属为Co；所述金属氧化物为Co3O4；所述金属硫化物为MoS2或CuS；所述金属复合氧化物为MnFe2O4。
3.根据权利要求1所述的有机-无机复合纳米微波吸收材料的制备方法，其特征在于，其包括以下步骤：
(1)将聚偏氟乙烯和纳米态无机材料溶于有机溶剂中，搅拌得到混合物；
(2)将上述混合物中的溶剂蒸发完全，得到所述有机-无机复合纳米微波吸收材料。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述有机溶剂为N,N-二甲基甲酰胺或N,N-二甲基乙酰胺。
5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述无机材料为金属、金属氧化物、金属硫化物或金属复合氧化物。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述金属为Co；所述金属氧化物为Co3O4；所述金属硫化物为MoS2或CuS；所述金属复合氧化物为MnFe2O4。
7.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述聚偏氟乙烯与所述纳米态无机材料的质量比为20：1-1:1。
8.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述聚偏氟乙烯与所述有机溶剂的质量比为1:50-1:200。
9.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，在步骤(2)中将所述混合物置于平板状容器中并使溶剂蒸发完全得到薄膜状微波吸收材料，或者在制得所述有机-无机复合纳米微波吸收材料后对其进行压片得到薄膜状微波吸收材料。
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