一种高熵合金电磁波吸收材料的制备方法及其应用与流程

1.本发明涉及电磁波吸收材料制备技术领域，尤其涉及一种高熵合金电磁波吸收材料的制备方法及其应用。


背景技术：

2.电磁通信技术的快速发展导致了电磁干扰作为一种新的环境威胁的出现。电磁干扰一方面对军队的国防安全构成重大威胁，另一方面可能对人类健康造成不可估计的严重危害，因此，对电磁波吸收材料的研究引起了人们越来越多的兴趣。主要体现在以下几个方面：随着电磁波技术在日常生活中的广泛应用，电磁波辐射对人体健康的危胁不容忽视，电磁波吸收材料可以大幅减少电磁波辐射对人体健康的危害；电磁通讯技术快速发展，不同设备之间的电磁波信号可能会相互干扰，或者是通信被窃听，电磁波吸收材料可以保证通信的安全和准确；电磁波吸收材料可以应用于军事领域，作为涂层涂敷在飞机、舰船等军事设备上，可以使这些设备避免雷达的探测，具备隐形能力。
3.电磁波吸收材料在很多领域都有广阔的应用前景，高质量电磁波吸收材料的必要要求是重量轻、吸收频段宽、厚度薄、反射损耗强。目前的吸波材料研究主要包括铁氧体、碳材料、陶瓷氧化物、过渡金属二硫化物、高熵合金、导电聚合物等材料。但从目前的研究进展来看，单一种类的材料很难达到上述电磁波吸收材料“轻、宽、薄、强”的要求，因此需要通过组分调控、复合、掺杂等手段增强电磁波吸收材料的吸波能力。
4.在不同的应用场景下，要求吸波材料在对应的频率波段有良好的吸波效率，这需要调节吸波材料的电磁参数，同时也要求吸波材料有较大的带宽来满足宽频段吸收。高熵合金作为吸波材料，可以通过组分设计改变电磁参数，但是还不足以满足电磁波吸收材料“轻、宽、薄、强”的要求。对高熵合金电磁波吸收材料进行组分设计的基础上，使用复合、掺杂等手段提高电磁波吸收效率，是目前电磁波吸收领域上的研究热点。本发明通过掺杂导电聚合物调节高熵合金的电磁性能，改善高熵合金的反射损耗，以提高高熵合金的电磁波吸收效率。


技术实现要素：

5.本发明提供一种高熵合金电磁波吸收材料的制备方法及其应用，以解决上述技术问题。
6.为解决上述技术问题，本发明提供的一种高熵合金电磁波吸收材料的制备方法，包括制备过程如下步骤：
7.s1、掺杂导电聚合物的高熵合金粉末的制备：
8.将金属粉末和粉末状的导电聚合物混合放入球磨机的球磨罐中，进行摆动式高能球磨，制备出掺杂导电聚合物的高熵合金粉末；
9.s2、使用乙醇对球磨得到的掺杂导电聚合物的高熵合金固溶体进行多次洗涤，使用离心机进行离心分离产物，之后放入真空干燥箱进行烘干处理，得到掺杂导电聚合物的
高熵合金电磁波吸收材料。
10.优选的，所述s1中使用的金属粉末主要为铁粉、钴粉、镍粉，以及锰粉、铬粉、钒粉、钛粉、铜粉、铝粉，使用的金属纯度均为大于99％。
11.优选的，所述s1中掺杂的导电聚合物的质量占比为1～10％。
12.优选的，所述s1中使用的球磨机为高能摆动式球磨机，使用的球磨珠为直径8mm的304不锈钢球，球料比为10：1，球磨方式为间歇式球磨，每球磨30min暂停5min，总球磨时间为10h。
13.优选的，所述s1中使用的球磨机工作方式为干磨，干磨结束后，将20ml乙醇作为过程控制剂加入到球磨罐中，再研磨1h。
14.优选的，所述s1中导电聚合物可选择聚吡咯、聚苯胺、聚噻吩、聚苯撑、聚苯撑乙烯的其中一种或多种的组合。
15.优选的，所述s2中产物的洗涤条件为使用无水乙醇洗涤三次，加入无水乙醇后使用离心机进行离心，离心条件为4000～5000转离心2～5min。
16.优选的，所述s2中产物的干燥条件为使用真空干燥箱在50～100℃下恒温干燥12～24h。
17.优选的，所述高熵合金粉末的微观形貌为微米级球状颗粒，添加导电聚合物的比例越大，粉末粒径越小。
18.所述掺杂导电聚合物的高熵合金电磁波吸收材料在电磁波吸收的应用。
19.与相关技术相比较，本发明提供的一种高熵合金电磁波吸收材料的制备方法及其应用具有如下有益效果：
20.1、高熵合金作为磁性金属材料磁损耗性能优异，但在介电损耗性能上表现一般，导电聚合物如聚苯胺的吸波机制本发明对高熵合金进行掺杂入导电聚合物，可以调节高熵合金的介电参数，改善高熵合金的阻抗匹配，以提高高熵合金的电磁波吸收效率。
21.2、本发明使用高能球磨法制备的掺杂导电聚合物的高熵合金材料，相较于使用原位聚合法等化学方法对磁性金属材料和导电聚合物进行复合，长时间的高能球磨使掺杂效果更均匀、更牢固，且工艺流程简单，便于操作，适合工业化生产。
22.3、一些高熵合金的研究说明掺杂c元素可以提高高熵合金的机械性能。本发明所制备的掺杂导电聚合物的高熵合金材料，在长时间的机械球磨过程中，聚合物中的c、n等元素会渗入高熵合金晶格间隙内，导致晶格内内应力增加，引发晶格畸变，降低高熵合金的延展性，使高熵合金粉末呈现球状。
附图说明
23.图1为本发明高能摆动式球磨机球磨方式附图；
24.图2为本发明实施例一制备的高熵合金材料的反射损耗示意图；
25.图3为本发明实施例二制备的高熵合金材料的反射损耗示意图；
26.图4为本发明实施例三制备的高熵合金材料的反射损耗示意图。
具体实施方式
27.下面将结合实例的附图，详细地阐述本发明技术方案的实施例。
28.本发明提出了一种高熵合金电磁波吸收材料的制备方法，具体制备方法包括以下步骤：
29.s1、掺杂导电聚合物的高熵合金粉末的制备：
30.将金属粉末和粉末状的导电聚合物混合放入球磨机的球磨罐中，进行摆动式高能球磨，制备出掺杂导电聚合物的高熵合金粉末；
31.s2、使用乙醇对球磨得到的掺杂导电聚合物的高熵合金固溶体进行多次洗涤，使用离心机进行离心分离产物，之后放入真空干燥箱进行烘干处理，得到掺杂导电聚合物的高熵合金电磁波吸收材料。
32.实施例一
33.本实例提供一种feconimn掺杂导电聚苯胺的高熵合金制备方法，具体包含以下步骤：
34.s1：制备高熵合金粉末：将摩尔质量比1：1：1：1的金属铁粉、钴粉、镍粉、锰粉，纯度均大于99％，共计6.8418g，和0.2g导电态聚苯胺粉末混合，使用高能摆动式球磨机进行高能球磨，球磨珠为直径8mm的304不锈钢球，球料比为10：1，每球磨30min暂停5min，防止球磨罐过热，总球磨时间为10h，之后添加20ml乙醇作为过程控制剂湿磨1h，得到掺杂导电态聚苯胺的高熵合金粉末。
35.s2：洗涤和干燥处理:使用无水乙醇对球磨得到的高熵合金粉末进行3次洗涤，使用离心机进行离心分离产物，离心机转速选择5000转/分钟，离心时间为5min，之后放入真空干燥箱进行烘干处理，在80℃下恒温干燥12h，制备出掺杂了导电聚苯胺的高熵合金粉末。
36.制备出的高熵合金粉末电磁波吸收性能如图二所示，结果显示高熵合金掺杂导电态聚苯胺后，电磁波吸收性能有了显著提高，最大反射损耗达到-61.8db，且在2mm厚度时有效吸收带宽为5.9ghz左右，相较于未掺杂导电聚苯胺的空白对照样品，最大反射损耗略有提高，有效吸收带宽有明显提高。微观形貌上大多是片状颗粒，相较于空白对照组长径比有所减小。2mm～3mm厚度下反射损耗和有效吸收带宽都表现不错，代表所制备高熵合金吸波材料满足厚度薄的要求，掺杂导电聚苯胺的高熵合金材料的电磁波吸收性能表现优异。
37.实施例二
38.本实例提供一种feconimn掺杂导电聚苯胺的高熵合金制备方法，具体包含以下步骤：
39.s1：制备高熵合金粉末：将摩尔质量比1：1：1：1的金属铁粉、钴粉、镍粉、锰粉，纯度均大于99％，共计6.8418g，和0.3g导电态聚苯胺粉末混合，使用高能摆动式球磨机进行高能球磨，球磨珠为直径8mm的304不锈钢球，球料比为10：1，每球磨30min暂停5min，防止球磨罐过热，总球磨时间为10h，之后添加20ml乙醇作为过程控制剂湿磨1h，得到掺杂导电态聚苯胺的高熵合金粉末。
40.s2：洗涤和干燥处理:使用无水乙醇对球磨得到的高熵合金粉末进行3次洗涤，使用离心机进行离心分离产物，离心机转速选择5000转/分钟，离心时间为5min，之后放入真空干燥箱进行烘干处理，在80℃下恒温干燥12h，制备出掺杂了导电聚苯胺的高熵合金粉末。
41.制备出的高熵合金粉末电磁波吸收性能如图三所示，结果显示高熵合金掺杂导电
态聚苯胺后，电磁波吸收性能有了显著提高，最大反射损耗达到-31.9db，且在2mm厚度时有效吸收带宽为5.7ghz左右，相较于实施例一的样品，最大反射损耗略有降低，有效吸收带宽略有降低。微观形貌上更接近于球状颗粒，粒径相比实施例一有明显减小，代表聚合物中的元素掺杂导致样品晶格内应力增大，材料无法维持高长径比的片状结构。在2mm～3mm厚度下材料的有效吸收带宽表现不错，反射损耗虽然表现不够好但也能满足吸波材料的要求。
42.实施例三
43.s1：制备高熵合金粉末：将摩尔质量比1：1：1：1的金属铁粉、钴粉、镍粉、锰粉，纯度均为99％以上，共计6.8418g，和0.4g导电态聚苯胺粉末混合，使用高能摆动式球磨机进行高能球磨，球磨珠为直径8mm的304不锈钢球，球料比为10：1，每球磨30min暂停5min，防止球磨罐过热，总球磨时间为10h，之后添加20ml乙醇作为过程控制剂湿磨一小时，得到掺杂导电态聚苯胺的高熵合金粉末。
44.s2：洗涤和干燥处理:使用无水乙醇对球磨得到的高熵合金粉末进行3次洗涤，使用离心机进行离心分离产物，离心机转速选择5000转/分钟，离心时间为5min，之后放入真空干燥箱进行烘干处理，在80℃下恒温干燥12h，制备出掺杂了导电聚苯胺的高熵合金粉末。
45.制备出的高熵合金粉末电磁波吸收性能如图四所示，结果显示高熵合金掺杂导电态聚苯胺后，电磁波吸收性能有了显著提高，最大反射损耗达到-64.6db，且在2mm厚度时吸收带宽为5ghz左右，相较于未掺杂导电聚苯胺的空白对照样品，最大反射损耗略有提高，有效吸收带宽有明显提高。相较于实施例一和实施例二，有效吸收带宽有所降低，代表掺杂聚苯胺的量增大时，吸波性能并不会一直提高，反而会有所下降，所以掺杂聚合物的量不能太大。微观形貌为粒径更加细小的球状颗粒，代表掺杂聚合物会破坏高熵合金原有的晶格应力平衡，使材料不能维持较大的粒径尺寸。在2mm～3mm厚度下反射损耗和有效吸收带宽都表现不错，代表所制备高熵合金吸波材料的电磁波吸收能力满足要求，通过掺杂导电聚合物提高高熵合金的电磁波吸收性能是可行的。

技术特征：
1.一种高熵合金电磁波吸收材料的制备方法，其特征在于，制备过程如下步骤：s1、掺杂导电聚合物的高熵合金粉末的制备：将金属粉末和粉末状的导电聚合物混合放入球磨机的球磨罐中，进行摆动式高能球磨，制备出掺杂导电聚合物的高熵合金粉末；s2、使用乙醇对球磨得到的掺杂导电聚合物的高熵合金粉末进行多次洗涤，使用离心机进行离心分离产物，之后放入真空干燥箱进行烘干处理，得到掺杂导电聚合物的高熵合金电磁波吸收材料。2.根据权利要求1所述的一种高熵合金电磁波吸收材料的制备方法，其特征在于，所述s1中使用的金属粉末主要为铁粉、钴粉、镍粉，以及锰粉、铬粉、钒粉、钛粉、铜粉、铝粉，使用的金属纯度均为大于99％。3.根据权利要求1所述的一种高熵合金电磁波吸收材料的制备方法，其特征在于，所述s1中掺杂的导电聚合物的质量占比为1～10％。4.根据权利要求1所述的一种高熵合金电磁波吸收材料的制备方法，其特征在于，所述s1中使用的球磨机为高能摆动式球磨机，使用的球磨珠为直径8mm的304不锈钢球，球料比为10：1，球磨方式为间歇式球磨，每球磨30min暂停5min，总球磨时间为10h。5.根据权利要求1所述的一种高熵合金电磁波吸收材料的制备方法，其特征在于，所述s1中使用的球磨机工作方式为干磨，干磨结束后，将20ml乙醇作为过程控制剂加入到球磨罐中，再研磨1h。6.根据权利要求1所述的一种高熵合金电磁波吸收材料的制备方法，其特征在于，所述s1中导电聚合物可选择聚吡咯、聚苯胺、聚噻吩、聚苯撑、聚苯撑乙烯的其中一种或多种的组合。7.根据权利要求1所述的一种高熵合金电磁波吸收材料的制备方法，其特征在于，所述s2中产物的洗涤条件为使用无水乙醇洗涤三次，加入无水乙醇后使用离心机进行离心，离心条件为4000～5000转离心2～5min。8.根据权利要求1所述的一种高熵合金电磁波吸收材料的制备方法，其特征在于，所述s2中产物的干燥条件为使用真空干燥箱在50～100℃下恒温干燥12～24h。9.根据权利要求1所述的一种高熵合金电磁波吸收材料的制备方法，其特征在于，所述高熵合金粉末的微观形貌为微米级球状颗粒，添加导电聚合物的比例越大，粉末粒径越小。10.根据权利要求1～9任一项所述制备方法制备出的掺杂导电聚合物的高熵合金电磁波吸收材料在电磁波吸收的应用。

技术总结
本发明公开了一种高熵合金电磁波吸收材料的制备方法及其应用，涉及电磁波吸收材料制备技术领域，本发明将粉末状导电聚合物和铁粉、钴粉、镍粉金属粉末混合后，通过高能球磨法将导电聚合物掺杂入高熵合金中，制备出掺杂导电聚合物的高熵合金粉末，掺杂导电聚合物可以调控高熵合金的电磁参数，优化高熵合金的阻抗匹配，以达到提高电磁波吸收效率的效果，掺杂了导电聚合物的高熵合金，相比传统的高熵合金吸波材料，重量更轻，电磁波有效吸收带宽更大，本发明所制备的掺杂导电聚合物的高熵合金电磁波吸收材料，工艺流程简单，易于工业化，通过控制掺杂导电聚合物的质量比，灵活调控高熵合金的电磁参数，在电磁波吸收领域具有良好的应用前景。用前景。用前景。


技术研发人员：靳佳玮 刘冬 麦志喜 冯均利 姜林文
受保护的技术使用者：深圳海关工业品检测技术中心
技术研发日：2023.07.05
技术公布日：2023/10/11