阅读说明：本技术 一种轻质的SiO2-羰基铁-聚苯胺复合电磁屏蔽材料及其制法 (Light SiO2-carbonyl iron-polyaniline composite electromagnetic shielding material and preparation method thereof ) 是由 梁二波 于 2020-07-03 设计创作，主要内容包括：本发明涉及电磁屏蔽材料领域,且公开了一种轻质的SiO<Sub>2</Sub>-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,以氨基功能化多孔SiO<Sub>2</Sub>空心微球的氨基作为聚合活性中心,使聚苯胺在多孔SiO<Sub>2</Sub>空心微球上原位聚合,SiO<Sub>2</Sub>均匀分散在聚苯胺的基体中,有利于提高SiO<Sub>2</Sub>与聚苯胺的界面相容性,并且通过控制多孔SiO<Sub>2</Sub>空心微球、聚苯胺和羰基铁空心微球的质量比,使SiO<Sub>2</Sub>-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。(The invention relates to the field of electromagnetic shielding materials, and discloses a light SiO 2 The carbonyl iron-polyaniline composite electromagnetic shielding material is activated by hydrochloric acid and etched by ferric chloride to obtain the carbonyl with a hollow structureThe iron hollow microsphere has the characteristics of low density and light weight, and is amino-functionalized porous SiO 2 The amino group of the hollow microsphere is used as a polymerization active center, so that polyaniline is in porous SiO 2 In situ polymerization on hollow microspheres, SiO 2 Uniformly dispersed in polyaniline matrix, and is favorable for improving SiO 2 Interface compatibility with polyaniline, and by controlling porous SiO 2 The mass ratio of the hollow microspheres to the polyaniline and carbonyl iron hollow microspheres is that SiO is 2 The carbonyl iron-polyaniline composite electromagnetic shielding material has excellent impedance matching performance, can effectively consume electromagnetic waves through electric loss and magnetic loss, and has the requirements of low density, light weight and high performance.)

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。

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。