CN105273689A - 一种新型多元结构复合导电填料 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多元结构复合导电填料。本发明对质轻的无机粉体(空心玻璃微珠、云母、碳纤维、片状石墨等)表面镀覆一层吸波的磁性材料(如Ni、Fe、Co、Ni-P、Co-P、Ni-Co-P、Co-W-P、钡铁氧体、四氧化三铁、羰基铁等)，再镀覆一层导电材料(如银、镍、铜等金属或掺杂氧化锡、掺杂氧化铟、掺杂氧化锌、二氧化钛等无机氧化物)，制得新型多元结构复合导电填料-无机粉体内核/磁性材料镀层/导电材料镀层。该类复合导电填料可利用吸波材料对电磁波的吸收性能和导电材料对电磁波的反射性能进一步提高其电磁屏蔽性能，其具有质量轻、成本低、屏蔽频带宽、屏蔽性能好等优点，在电磁屏蔽复合材料领域有很大的应用价值。

Description

一种新型多元结构复合导电填料

技术领域

本发明属于功能材料领域，涉及一种多元结构复合导电填料。在无机粉体表面镀覆一层吸波的磁性材料，再镀覆一层导电材料，制得新型多元结构复合导电填料-无机粉体内核/磁性材料镀层/导电材料镀层，其具有质量轻、成本低、屏蔽频带宽、屏蔽性能好等优点，可用于电磁屏蔽复合材料领域。

背景技术

随着雷达、微波通讯和电子对抗等科学技术的迅速发展，电磁干扰(EMI)问题日趋严重，为实现对电磁波防护，电磁屏蔽材料发展迅速，并越来越受到广大材料研究工作者的重视。电磁屏蔽材料以填充型电磁屏蔽复合材料为主，其具有成本低、施工工艺简单、可对各种复杂形状进行施工的优点，受到广泛关注，目前世界上主要使用填充型电磁屏蔽复合材料进行电磁防护。

屏蔽填料是填充型电磁屏蔽复合材料的重要基元，是影响材料屏蔽效能和各种应用性能好坏的关键所在。目前屏蔽填料主要有：(1)金属导电填料：主要是银、铜和镍等金属导电填料；银、铜、的导电率大，电磁屏蔽效果好，但Ag价格贵；此外Cu易氧化而降低导电性，故必须进行特殊的防氧化处理；镍虽具有一定的磁性能，化学稳定性较好，但是导电率低于Cu和Ag，故屏蔽效果不如前者。(2)金属吸波填料：常用的金属吸波填料有四氧化三铁、磁性金属微粉(羰基铁粉、铁钴镍及其合金)、多晶铁纤维等，但此类金属吸波填料也存在密度大、高温特性差等缺点。(3)银包铜粉或银包镍粉等核壳复合粒子，它们的主要优点在于保持高导电率的情况下，提高填料的性价比。特种导电高分子材料在电磁屏蔽领域中也具有较好的应用前景，但同时也存在成本高和导电性能差等问题。

上述金属电磁屏蔽填料在应用中的最大缺点是密度大，易从成型基体中沉降、析出，且难以满足现代电子产品“轻”的要求。为了弥补上述填料的缺陷，国内外学者用价廉、质轻的材料(如玻璃、云母、石墨、碳纤维等)作为基底或芯材，在其表面包覆一层或几层化学稳定性好、耐腐性强、电导率高的导电物质(如银、镍、铜等金属或掺杂氧化锡、掺杂氧化铟、掺杂氧化锌、二氧化钛等无机氧化物)或吸波性能好的吸波材料(Ni、Fe、Co、Ni-P、Co-P、Ni-Co-P、Co-W-P、钡铁氧体、四氧化三铁、羰基铁等)，使其表面金属化而制得金属包覆非金属屏蔽填料。该类型屏蔽填料以其质轻、物理性能稳定、电导率高或吸波性能好等特点具有很广泛的应用前景。

将反射损耗和吸收损耗相结合是电磁屏蔽材料研究的重点方向之一，如：采用多层复合/多种填料复合技术赋予电磁屏蔽复合材料的导电和导磁性能，从而提高了材料的电磁屏蔽效能，但同时产生了材料的厚度增加以及加工工艺复杂等问题。镀银磁性粉体是一种新型的电磁屏蔽复合导电填料，它利用磁性材料对电磁波的吸收性能和导电材料对电磁波的反射性能进一步提高复合电磁屏蔽材料的电磁屏蔽性能，研究表明采用镀银磁性粉体制备的电磁屏蔽涂层材料具有优良的屏蔽效能。此类电磁屏蔽复合导电填料屏蔽电磁波的范围较宽，其在电磁屏蔽领域必将有很大的应用价值。

发明内容

本发明的目的是提供一种一种多元结构复合导电填料，其具体描述如下：

在无机粉体表面镀覆一层吸波的磁性材料，再镀覆一层导电材料，制得新型多元结构复合导电填料-无机粉体内核/磁性材料镀层/导电材料镀层。

上述无机粉体内核为空心玻璃微珠、云母、碳纤维、片状石墨、碳纳米管、玻璃纤维等质轻的无机材料。

上述磁性材料为Ni、Fe、Co、Cr、Nd、Mo、Ni-P、Co-P、Ni-Co-P、Co-W-P、钡铁氧体、四氧化三铁、羰基铁等。

上述导电材料为银、镍、铜等金属或掺杂氧化锡(如ATO、FTO等)、掺杂氧化铟(如ITO)、掺杂氧化锑、掺杂氧化锌、二氧化钛等无机氧化物。

该类多元结构复合导电填料可利用吸波材料对电磁波的吸收性能和导电材料对电磁波的反射性能进一步提高其电磁屏蔽性能，其具有质量轻、成本低、屏蔽频带宽、屏蔽性能好等优点，在电磁屏蔽复合材料领域有很大的应用价值。

具体实施方式

通过具体实例对本发明作进一步描述。

实施例1：

采用共沉淀法在空心玻璃微珠表面镀覆一层四氧化三铁，再采用化学镀在其表面镀覆一层银，制备多元结构复合导体填料-空心玻璃微珠/四氧化三铁/银，其中空心玻璃微珠、四氧化三铁和银的质量百分比分别为35％、35％和30％，按相应质量比的比值计算、称量各原料。将相同浓度的硝酸铁、氯化亚铁溶液按物质的量比为3∶2的比例混合，加入已洗涤、粗化处理的空心玻璃微珠，滴加沉淀剂NaOH溶液，反应15min，然后过滤、洗涤、干燥，得到空心玻璃微珠/四氧化三铁复合粉体。配置浓度为0.05mol/L的银氨溶液，加入空心玻璃微珠/四氧化三铁复合粉体，搅拌、加热至45℃，滴加还原剂甲醛，反应15min，然后过滤、洗涤、干燥，得到空心玻璃微珠/四氧化三铁/银复合粉体。

实施例2：

采用水热法在碳纤维表面镀覆一层四氧化三铁，再采用化学镀在其表面镀覆一层银，制备多元结构复合导体填料-碳纤维/四氧化三铁/银，其中碳纤维、四氧化三铁和银的质量百分比分别为40％、35％和25％，按相应质量比的比值计算、称量各原料。将相同浓度的硝酸铁、氯化亚铁溶液按物质的量比为5∶3的比例混合，加入尿素、并搅拌得到透明溶液，然后将溶液置于高压反应釜中，加入碳纤维，并加入适量水，使填充度为0.65，密封反应釜，通入氮气(作为保护气)，高速搅拌，将反应釜内溶液加热至140℃，维持大气压压力在6～7大气压，反应2h，然后过滤、洗涤、干燥，得到碳纤维/四氧化三铁复合粉体。配置浓度为0.05mol/L的银氨溶液，加入碳纤维/四氧化三铁复合粉体，搅拌、加热至60℃，滴加还原剂甲醛，反应10min，然后过滤、洗涤、干燥，得到碳纤维/四氧化三铁/银复合粉体。

实施例3：

采用溶胶-凝胶法在玻璃纤维表面镀覆一层钡铁氧体(BaFe₁₂O₁₉)，再采用化学镀在其表面镀覆一层银，制备多元结构复合导体填料-玻璃纤维/钡铁氧体/银，其中玻璃纤维、钡铁氧体和银的质量百分比分别为40％、40％和20％，按相应质量比的比值计算、称量各原料。将硝酸钡、硝酸铁及柠檬酸按照摩尔比1∶12∶13的比例混合，加入蒸馏水搅拌20min，使之完全溶解，滴加氨水调节pH值为7，使溶液成透明溶胶，并在75℃下水浴恒温2h，然后将清洗、粗化处理过的玻璃纤维置于溶胶溶液中，在搅拌作用下，使溶胶包覆于玻璃纤维表面；然后置于烘箱中，在120℃干燥20h，得到黑褐色干凝胶；干凝胶放入坩埚中，在马弗炉中经过450℃预热处理1h，然后在850℃进行烧结处理2h，冷却后取出样品并进行研磨，得到玻璃纤维/钡铁氧体复合粉体。配置浓度为0.03mol/L的银氨溶液，加入玻璃纤维/钡铁氧体复合粉体，搅拌、加热至60℃，滴加还原剂甲醛，反应10min，然后过滤、洗涤、干燥，得到玻璃纤维/钡铁氧体/银复合粉体。

实施例4：

采用溶胶-凝胶法在云母表面镀覆一层钡铁氧体，再采用非均匀成核法在其表面镀覆一层氧化锑掺杂的氧化锡(ATO)，制备多元结构复合导体填料-云母/钡铁氧体/ATO，其中云母、钡铁氧体和ATO的质量百分比分别为30％、50％和20％，按相应质量比的比值计算、称量各原料。云母/钡铁氧体复合粉体的制备参见实施例3。将云母/钡铁氧体粉体加入到蒸馏水中，搅拌分散形成悬浊液，加热60℃；将SnCl₄·5H₂O和SbCl₃按物质的量比为5∶1的比例溶于浓度为20％的盐酸溶液中，形成透明强酸性溶液，并将其滴加到云母/钡铁氧体粉体的悬浊液中；再滴加氢氧化钠溶液，维持pH值为4，并持续搅拌反应30min；将溶液在室温静置陈化12h，然后过滤，所得滤饼先后用蒸馏水和酒精洗涤数次；洗涤后所得滤饼在80℃下干燥10h，得到干粉；最后将干粉在800℃下热处理30min，即得云母/钡铁氧体/ATO复合粉体。

Claims (5)

1.一种多元结构复合导电填料一无机粉体内核/磁性材料镀层/导电材料镀层。在无机粉体表面镀覆一层吸波的磁性材料，再镀覆一层导电材料。

2.一种多元结构复合导电填料，其特征在于：该类复合导电填料可利用吸波材料对电磁波的吸收性能和导电材料对电磁波的反射性能进一步提高其电磁屏蔽性能，具有质量轻、成本低、屏蔽频带宽、屏蔽性能好等优点。

3.根据权利要求1所述的多元结构复合导电填料，其特征在于：无机粉体为空心玻璃微珠、云母、碳纤维、片状石墨、碳纳米管、玻璃纤维等质轻的无机材料。

4.根据权利要求1所述的多元结构复合导电填料，其特征在于：磁性材料为Ni、Fe、Co、Cr、Nd、Mo、Ni-P、Co-P、Ni-Co-P、Co-W-P、钡铁氧体、四氧化三铁、羰基铁等。

5.一种根据权利要求1所述的多元结构复合导电填料，其特征在于：导电材料为银、镍、铜等金属或掺杂氧化锡(如ATO、FTO等)、掺杂氧化铟(如ITO)、掺杂氧化锑、掺杂氧化锌、二氧化钛等无机氧化物。