1.本发明属于吸波材料领域，具体涉及一种聚乙烯吡咯烷酮纤维负载四氧化三铁复合吸波材料及其制备方法。


背景技术：

2.随着科学技术的飞速发展，电子器件在军民领域受到了广泛的应用，给人类生存和发展带来巨大便利的同时，所产生的电磁污染也严重影响人类的健康和生存环境。因此，对吸波材料的研究具有重大意义。
3.碳材料因其储量大、密度低、化学稳定性和耐腐蚀性强等方面的巨大优势，可以被认为是一种理想的基底材料。与碳纳米管或石墨烯相比，非晶态碳是更好的选择，因为它的电导率可以通过石墨化程度来调节，以避免太高的电导率引起的阻抗匹配失衡。四氧化三铁是一类价格低廉、无毒性的磁性材料，具有磁损耗，其合成方法简单，加工成本低，在微波吸收方面具有非常重要的应用。但是单相四氧化三铁吸波剂的损耗机制单一，介电常数虚部小，并且四氧化三铁颗粒容易出现团聚的现象，从而影响电磁吸收性能。因此，在非晶态碳纤维上负载四氧化三铁，既可达到避免四氧化三铁团聚的目的，也可达到优化阻抗匹配，实现复合材料的多重电磁损耗，提高复合材料的电磁吸收性能。


技术实现要素：

4.本发明的主要目的是为提供一种聚乙烯吡咯烷酮纤维负载四氧化三铁复合吸波材料及其制备方法，以达到优化阻抗匹配，实现多重损耗，从而提高材料的电磁吸收性能。
5.为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
6.一种聚乙烯吡咯烷酮纤维负载四氧化三铁复合吸波材料的制备方法，包括以下步骤：
7.将六水氯化铁和尿素溶解在乙二醇中，搅拌均匀，得到混合溶液；
8.将混合溶液转移至高压反应釜并放入烘箱，其温度逐渐升至180～220℃并保温反应；
9.反应完成后的溶液洗涤，干燥，得到四氧化三铁；
10.将聚乙烯吡咯烷酮溶解在n,n-二甲基甲酰胺中，得到均匀悬浮液；
11.将四氧化三铁加入到上述悬浮液中，搅拌均匀，形成电纺液；
12.将电纺液进行静电纺丝；将静电纺丝得到的复合材料真空干燥，得到最终复合吸波材料。
13.作为本发明的进一步改进，六水氯化铁和尿素的质量比为(1:3)～(1:4)，乙二醇与六水氯化铁的配比为(40～100)ml:1g。
14.作为本发明的进一步改进，所述将反应完成后的溶液洗涤中，采用乙醇洗涤。
15.作为本发明的进一步改进，聚乙烯吡咯烷酮和n,n-二甲基甲酰胺的配比为(40～
80)g:1l。
16.作为本发明的进一步改进，四氧化三铁和n,n-二甲基甲酰胺的配比为(20～40)g:1l。
17.作为本发明的进一步改进，静电纺丝工艺为：纺丝电压15～25kv，注射器推注速率0.8～1.2ml
·
h-1
，滚筒收集电纺纤维的接收距离10～20cm。
18.作为本发明的进一步改进，两次干燥条件均为在50～80℃下真空干燥。
19.作为本发明的进一步改进，复合吸波材料包括聚乙烯吡咯烷酮纤维和四氧化三铁，其中，聚乙烯吡咯烷酮呈纤维状，四氧化三铁嵌挂在纤维上，所述四氧化三铁的质量为复合吸波材料的30～35％，所述聚乙烯吡咯烷酮的质量为复合吸波材料的65～70％。
20.一种聚乙烯吡咯烷酮纤维负载四氧化三铁复合吸波材料，由所述的制备方法制得；该材料的反射率峰值在9.5ghz处为﹣44.6db。
21.本发明提供的技术方案具有如下有益效果：
22.本发明在聚乙烯吡咯烷酮纤维上负载四氧化三铁制备多元复合材料，以达到优化阻抗匹配，从而提高材料的电磁吸收性能；本发明采用溶剂热法和静电纺丝法，通过改变聚乙烯吡咯烷酮和四氧化三铁的含量，获得了较好的吸波性能；本发明制备方法简单、生产成本低、后续处理简便并且无需复杂的合成设备。
附图说明
23.图1是实施例1制备的聚乙烯吡咯烷酮纤维负载四氧化三铁复合吸波材料的sem图；
24.图2是实施例1制备的聚乙烯吡咯烷酮纤维负载四氧化三铁复合吸波材料的反射率曲线。
具体实施方式
25.为使本领域技术人员可了解本发明的特点及效果，以下谨就说明书及权利要求书中提及的术语及用语进行一般性的说明及定义。除非另有指明，否则文中使用的所有技术及科学上的字词，均为本领域技术人员对于本发明所了解的通常意义，当有冲突情形时，应以本说明书的定义为准。
26.本文描述和公开的理论或机制，无论是对或错，均不应以任何方式限制本发明的范围，即本发明内容可以在不为任何特定的理论或机制所限制的情况下实施。
27.本文中，所有以数值范围或百分比范围形式界定的特征如数值、数量、含量与浓度仅是为了简洁及方便。据此，数值范围或百分比范围的描述应视为已涵盖且具体公开所有可能的次级范围及范围内的个别数值(包括整数与分数)。
28.本文中，若无特别说明，“包含”、“包括”、“含有”、“具有”或类似用语涵盖了“由
……
组成”和“主要由
……
组成”的意思，例如“a包含a”涵盖了“a包含a和其他”和“a仅包含a”的意思。
29.本文中，为使描述简洁，未对各个实施方案或实施例中的各个技术特征的所有可能的组合都进行描述。因此，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，各个实施方案或实施例中的各个技术特征可以进行任意的组合，所有可能的组合都应当认为是本说明书记载的范
围。
30.本发明提供了聚乙烯吡咯烷酮纤维负载四氧化三铁复合吸波材料的制备方法，包括以下步骤：
31.1)将六水氯化铁和尿素溶解在乙二醇中，搅拌均匀，得到混合溶液；六水氯化铁和尿素的质量比为1:3～1:4，乙二醇与六水氯化铁的配比为(40～100)ml:1g。
32.2)将混合溶液转移至高压反应釜并放入烘箱，其温度逐渐升至180～220℃并保温8～16h；
33.3)反应完成后的溶液经乙醇洗涤数次，放入烘箱50～80℃干燥，得到四氧化三铁；
34.4)将聚乙烯吡咯烷酮溶解在n,n-二甲基甲酰胺中，得到均匀悬浮液；聚乙烯吡咯烷酮和n,n-二甲基甲酰胺的配比为(40～80)g:1l。
35.5)将四氧化三铁加入到上述悬浮液中，搅拌均匀，形成电纺液；
36.6)将电纺液进行静电纺丝；纺丝电压为15～25kv，注射器推注速率为0.8～1.2ml
·
h-1
，滚筒收集电纺纤维的接收距离为10～20cm。
37.7)在50～80℃的干燥箱中真空干燥，得到最终复合吸波材料。
38.本发明还提供一种聚乙烯吡咯烷酮纤维负载四氧化三铁复合吸波材料，基于上述制备方法得到，包括聚乙烯吡咯烷酮纤维和四氧化三铁两部分，其中，聚乙烯吡咯烷酮呈纤维状，四氧化三铁嵌挂在纤维上，该材料的反射率峰值在9.5ghz处为﹣44.6db。
39.所述四氧化三铁的质量为吸波材料的30～35％，所述聚乙烯吡咯烷酮的质量为吸波材料的65～70％。
40.下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本技术所附权利要求书所限定的范围。
41.下列实施例中使用本领域常规的仪器设备。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件，或按照制造厂商所建议的条件。下列实施例中使用各种原料，除非另作说明，都使用常规市售产品，其规格为本领域常规规格。在本发明的说明书以及下述实施例中，如没有特别说明，“％”都表示重量百分比，“份”都表示重量份，比例都表示重量比。
42.实施例1
43.步骤一：将1g六水氯化铁和3g尿素溶解在40ml乙二醇中，搅拌均匀，得到混合物。
44.步骤二：将混合溶液转移至高压反应釜并放入烘箱，其温度逐渐升至180℃并保温16h，反应完成后的溶液经乙醇洗涤数次，放入烘箱50℃干燥，得到四氧化三铁。
45.步骤三：将0.4g聚乙烯吡咯烷酮溶解在10ml n,n-二甲基甲酰胺中，得到均匀悬浮液。
46.步骤四：将步骤二得到的四氧化三铁称取0.2g加入到上述悬浮液中，搅拌均匀，形成电纺液。
47.步骤五：将电纺液进行静电纺丝，纺丝电压为15kv，注射器推注速率为0.8ml
·
h-1
，滚筒收集电纺纤维的接收距离为10cm。然后将收集的纤维于50℃的干燥箱中真空干燥，得到最终复合吸波材料。
48.实施例2
49.步骤一：将1g六水氯化铁和4g尿素溶解在100ml乙二醇中，搅拌均匀，得到混合物。
50.步骤二：将混合溶液转移至高压反应釜并放入烘箱，其温度逐渐升至220℃并保温8h，反应完成后的溶液经乙醇洗涤数次，放入烘箱80℃干燥，得到四氧化三铁。
51.步骤三：将0.8g聚乙烯吡咯烷酮溶解在10ml n,n-二甲基甲酰胺中，得到均匀悬浮液。
52.步骤四：将步骤二得到的四氧化三铁称取0.4g加入到上述悬浮液中，搅拌均匀，形成电纺液。
53.步骤五：将电纺液进行静电纺丝，纺丝电压为25kv，注射器推注速率为1.2ml
·
h-1
，滚筒收集电纺纤维的接收距离为20cm。然后将收集的纤维于80℃的干燥箱中真空干燥，得到最终复合吸波材料。
54.实施例3
55.步骤一：将1g六水氯化铁和3.2g尿素溶解在50ml乙二醇中，搅拌均匀，得到混合物。
56.步骤二：将混合溶液转移至高压反应釜并放入烘箱，其温度逐渐升至200℃并保温12h，反应完成后的溶液经乙醇洗涤数次，放入烘箱60℃干燥，得到四氧化三铁。
57.步骤三：将0.5g聚乙烯吡咯烷酮溶解在10ml n,n-二甲基甲酰胺中，得到均匀悬浮液。
58.步骤四：将步骤二得到的四氧化三铁称取0.24g加入到上述悬浮液中，搅拌均匀，形成电纺液。
59.步骤五：将电纺液进行静电纺丝，纺丝电压为18kv，注射器推注速率为1.0ml
·
h-1
，滚筒收集电纺纤维的接收距离为15cm。然后将收集的纤维于60℃的干燥箱中真空干燥，得到最终复合吸波材料。
60.实施例4
61.步骤一：将1g六水氯化铁和3.5g尿素溶解在60ml乙二醇中，搅拌均匀，得到混合物。
62.步骤二：将混合溶液转移至高压反应釜并放入烘箱，其温度逐渐升至200℃并保温12h，反应完成后的溶液经乙醇洗涤数次，放入烘箱60℃干燥，得到四氧化三铁。
63.步骤三：将0.6g聚乙烯吡咯烷酮溶解在10ml n,n-二甲基甲酰胺中，得到均匀悬浮液。
64.步骤四：将步骤二得到的四氧化三铁称取0.3g加入到上述悬浮液中，搅拌均匀，形成电纺液。
65.步骤五：将电纺液进行静电纺丝，纺丝电压为20kv，注射器推注速率为1.0ml
·
h-1
，滚筒收集电纺纤维的接收距离为15cm。然后将收集的纤维于60℃的干燥箱中真空干燥，得到最终复合吸波材料。
66.实施例5
67.步骤一：将1g六水氯化铁和3.8g尿素溶解在75ml乙二醇中，搅拌均匀，得到混合物。
68.步骤二：将混合溶液转移至高压反应釜并放入烘箱，其温度逐渐升至200℃并保温
12h，反应完成后的溶液经乙醇洗涤数次，放入烘箱60℃干燥，得到四氧化三铁。
69.步骤三：将0.7g聚乙烯吡咯烷酮溶解在10ml n,n-二甲基甲酰胺中，得到均匀悬浮液。
70.步骤四：将步骤二得到的四氧化三铁称取0.35g加入到上述悬浮液中，搅拌均匀，形成电纺液。
71.步骤五：将电纺液进行静电纺丝，纺丝电压为20kv，注射器推注速率为1.0ml
·
h-1
，滚筒收集电纺纤维的接收距离为15cm。然后将收集的纤维于60℃的干燥箱中真空干燥，得到最终复合吸波材料。
72.下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
73.参见图1，为本发明实施例1所制备的聚乙烯吡咯烷酮纤维负载四氧化三铁复合吸波材料的sem图，可以看出，纤维呈相互交织的网状结构，四氧化三铁颗粒负载在纤维上。
74.参见图2，为本发明实施例1所制备的聚乙烯吡咯烷酮纤维负载四氧化三铁复合吸波材料的反射率曲线，经过分析可知，其反射率峰值在9.5ghz处为﹣44.6db。
75.因此本发明制备的聚乙烯吡咯烷酮纤维负载四氧化三铁复合吸波材料，该材料的反射率峰值在9.5ghz处为﹣44.6db，获得了较好的电磁吸收性能。
76.实施例6
77.步骤一：将1g六水氯化铁和3.5g尿素溶解在60ml乙二醇中，搅拌均匀，得到混合物。
78.步骤二：将混合溶液转移至高压反应釜并放入烘箱，其温度逐渐升至190℃并保温15h，反应完成后的溶液经乙醇洗涤数次，放入烘箱59℃干燥，得到四氧化三铁。
79.步骤三：将0.7g聚乙烯吡咯烷酮溶解在10ml n,n-二甲基甲酰胺中，得到均匀悬浮液。
80.步骤四：将步骤二得到的四氧化三铁称取0.35g加入到上述悬浮液中，搅拌均匀，形成电纺液。
81.步骤五：将电纺液进行静电纺丝，纺丝电压为22kv，注射器推注速率为1.1ml
·
h-1
，滚筒收集电纺纤维的接收距离为18cm。然后将收集的纤维于60℃的干燥箱中真空干燥，得到最终复合吸波材料。
82.以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
83.最后所应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。