一種二氧化錳微米立方塊及其制備方法和應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及新型吸收劑顆粒的制備技術(shù),特別涉及到一種帶有四棱錐的微米立方塊二氧化錳吸收劑的制備方法,屬于材料科學(xué)和化學(xué)合成制備的交叉技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]電磁波吸收材料在隱身技術(shù)、保溫節(jié)能以及人體防護(hù)方面有著廣泛應(yīng)用,隨著對(duì)吸波材料研宄的深入,寬頻帶、薄厚度、輕重量、強(qiáng)吸收等高性能已成為當(dāng)前的研宄發(fā)展方向。其中,吸波劑對(duì)整個(gè)吸波材料的吸波性能起著關(guān)鍵性作用,引起了各國(guó)研宄者的高度重視。傳統(tǒng)吸收劑是以石墨、鐵氧體、炭黑等為代表,它們通常都具有吸收頻帶窄和密度大等缺點(diǎn),應(yīng)用范圍受到一定限制。因而,研發(fā)具有質(zhì)輕、寬頻、無(wú)污染、耐環(huán)境性的多功能高效新型吸收劑,將是未來(lái)吸波材料研宄的熱點(diǎn)和難點(diǎn)。
[0003]二氧化錳是一種具有重要工業(yè)用途的氧化物,其離子交換性能、分子吸附性能、電化學(xué)性能和電磁波吸收性能,使其在催化、電極以及吸波材料等領(lǐng)域展現(xiàn)出優(yōu)越的實(shí)用價(jià)值和商業(yè)價(jià)值。特別是二氧化錳具有多樣的晶體結(jié)構(gòu)和形貌特征等優(yōu)點(diǎn),可以通過(guò)控制形貌等手段來(lái)提高其電磁性能。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]為解決上述問(wèn)題,本發(fā)明提供一種二氧化錳微米立方塊,并對(duì)其電磁波吸收性能進(jìn)行研宄。
[0005]本發(fā)明的目的在與提供一種二氧化錳微米立方塊,晶型為β -MnO2,四方晶系的金紅石結(jié)構(gòu),空間群為P42/mnm,所述二氧化錳微米立方塊為長(zhǎng)方體,所述長(zhǎng)方體的兩個(gè)面上分別具有一個(gè)四棱錐,所述兩個(gè)面為對(duì)立面。
[0006]進(jìn)一步地,在上述技術(shù)方案中,所述四棱錐相鄰兩棱之間的夾角為60?70°。
[0007]進(jìn)一步地,在上述技術(shù)方案中,所述帶有四棱錐的兩個(gè)面為正方形。
[0008]進(jìn)一步地,在上述技術(shù)方案中,立方塊邊長(zhǎng)尺寸為0.5?2 μπι。優(yōu)選I?2μηι。
[0009]本發(fā)明的再一目的是提供二氧化錳微米立方塊的制備方法,包括以下步驟:
[0010]將氯化錳和氯酸鉀按3:1-2的摩爾比取量,先后溶解于蒸餾水中,待攪拌充分溶解后轉(zhuǎn)入內(nèi)襯聚四氟乙烯的高壓反應(yīng)釜中,將其置于160-200°C的烘箱中,控制反應(yīng)時(shí)間為6-10小時(shí)。反應(yīng)完成后自然冷卻至室溫,將反應(yīng)產(chǎn)物用去離子水和酒精反復(fù)沖洗至中性,最后放置于80-100°C烘箱中干燥18-24小時(shí),得到帶有四棱錐的微米立方塊狀二氧化錳粉末。
[0011]進(jìn)一步地,在上述技術(shù)方案中,配制好的溶液中氯化錳濃度為0.5mol/Lo
[0012]本發(fā)明的另一目的是提供二氧化錳微米立方塊作為電磁波吸收材料的應(yīng)用。
[0013]發(fā)明有益效果
[0014]通過(guò)化學(xué)水熱合成法可有效地可控制備出帶有四棱錐的微米立方塊狀的二氧化錳吸收劑,并且具有一定的電磁損耗性能。除此之外,這種制備方法簡(jiǎn)單,成本較低,性能穩(wěn)定,有著良好的應(yīng)用前景。
【附圖說(shuō)明】
[0015]本發(fā)明附圖3幅,
[0016]圖1是實(shí)施例1和2所制備二氧化錳顆粒的X射線衍射(XRD)圖譜;
[0017]圖2a是實(shí)施例1所制備二氧化錳顆粒的掃描電鏡形貌圖;圖2b是實(shí)施例2所制備二氧化錳顆粒的掃描電鏡形貌圖;
[0018]圖3是實(shí)施例1和2所制備二氧化錳顆粒的介電損耗圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019]下述非限定性實(shí)施例可以使本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員更全面地理解本發(fā)明,但不以任何方式限制本發(fā)明。其中氯酸鉀、氯化錳都為分析純,不作任何提純?cè)囼?yàn)。采用X射線衍射儀進(jìn)行物相分析,掃描電子顯微鏡觀察顆粒形貌,并用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀測(cè)試二氧化錳顆粒的電磁參數(shù)。
[0020]實(shí)施例1
[0021]二氧化錳微米立方塊,立方塊為結(jié)晶度很高的β -MnO2,該晶型的二氧化錳結(jié)構(gòu)是屬于四方晶系的金紅石結(jié)構(gòu),空間群為P42/mnm,如圖2a所示,產(chǎn)物的立方塊邊長(zhǎng)尺寸在I?2 μπι之間,在立方塊的某一對(duì)立面分別具有一個(gè)四棱錐,該四棱錐相鄰兩棱之間的夾角約為60°。
[0022]制備方法:首先將60mmol氯化錳充分溶解于120ml蒸餾水中,再加入30mmol氯酸鉀,充分?jǐn)嚢柚钡酵耆芙?。然后將上述溶液移至?nèi)襯聚四氟乙烯的高壓反應(yīng)釜中,將其置于180°C的烘箱中,控制反應(yīng)時(shí)間為6小時(shí),反應(yīng)完成后自然冷卻至室溫,將反應(yīng)產(chǎn)物用去離子水和酒精反復(fù)沖洗至中性,最后放置于90°C烘箱中干燥24小時(shí),得到帶有四棱錐的微米立方塊狀二氧化錳粉末。
[0023]實(shí)施例2
[0024]二氧化錳微米立方塊,立方塊為結(jié)晶度很高的β -MnO2,該晶型的二氧化錳結(jié)構(gòu)是屬于四方晶系的金紅石結(jié)構(gòu),空間群為P42/mnm,如圖2b所示,產(chǎn)物的立方塊邊長(zhǎng)尺寸在I?2 μπι之間,在立方塊的某一對(duì)立面分別具有一個(gè)四棱錐,該四棱錐相鄰兩棱之間的夾角約為60°。帶有四棱錐的兩個(gè)面為正方形。二氧化錳立方塊并帶有四棱錐結(jié)構(gòu)的形成可以用“內(nèi)在晶體結(jié)構(gòu)生長(zhǎng)”機(jī)制來(lái)闡述,反應(yīng)生成的二氧化錳微粒屬于β晶型,受到β晶型具有四方晶系結(jié)構(gòu)的內(nèi)在影響,從而形成了帶有四棱錐的立方塊形貌。
[0025]制備方法:首先將60mmol氯化猛充分溶解于120ml蒸飽水中,再加入30mmol氯酸鉀,充分?jǐn)嚢柚钡酵耆芙?。然后將上述溶液移至?nèi)襯聚四氟乙烯的高壓反應(yīng)釜中,將其置于180°C的烘箱中,控制反應(yīng)時(shí)間為10小時(shí),反應(yīng)完成后自然冷卻至室溫,將反應(yīng)產(chǎn)物用去離子水和酒精反復(fù)沖洗至中性,最后放置于90°C烘箱中干燥24小時(shí),得到帶有四棱錐的微米立方塊狀二氧化錳粉末。
[0026]性能分析:
[0027]二氧化錳物相分析采用X射線衍射儀,如圖1所示,可以看出所制備二氧化錳顆粒為β-MnO2;在這種結(jié)構(gòu)中,氧成扭曲的六方密堆積排列,[MnO 6]八面體共邊,形成(1X1)空隙的隧道結(jié)構(gòu)。這種(1X1)的隧道結(jié)構(gòu),空隙截面積小,不利于離子擴(kuò)散,所以0-11!02在所有不同晶型的二氧化錳結(jié)晶化合物中熱力學(xué)性質(zhì)是最穩(wěn)定的。
[0028]電磁性能表征的電磁參數(shù)采用HP8722ES網(wǎng)絡(luò)法,夾具為同軸反射傳輸系統(tǒng)。測(cè)定樣品在2-18GHZ范圍內(nèi)磁參數(shù)隨頻率的數(shù)值變化。具體測(cè)試是將所得的粉體與密度為0.87g/cm3的固體石錯(cuò)按一定質(zhì)量比混合,在專用模具中制成厚度為2mm,內(nèi)經(jīng)為Φ 3mm,夕卜徑為Φ 7mm的同軸試樣,填料的填充率為30wt %,測(cè)定二氧化猛-固體石錯(cuò)復(fù)合材料的電磁參數(shù)并計(jì)算電磁損耗性能,如圖3所示,圖中的損耗角正切值越大,說(shuō)明二氧化錳顆粒對(duì)電磁波的損耗性能就越高,可以看出所制備二氧化錳顆粒的具有一定的介電損耗性能。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種二氧化錳微米立方塊,晶型為β -MnO 2,四方晶系的金紅石結(jié)構(gòu),空間群為Ρ42/mnm,所述二氧化錳微米立方塊為長(zhǎng)方體,所述長(zhǎng)方體的兩個(gè)面上分別具有一個(gè)四棱錐,所述兩個(gè)面為對(duì)立面。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述二氧化錳微米立方塊,其特征在于:所述四棱錐相鄰兩棱之間的夾角為60?70°。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述二氧化錳微米立方塊,其特征在于:所述帶有四棱錐的兩個(gè)面為正方形。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述二氧化錳微米立方塊,其特征在于:立方塊邊長(zhǎng)尺寸為0.5 ?2 μ m0
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述二氧化錳微米立方塊,其特征在于:立方塊邊長(zhǎng)尺寸為0.5?2 μ m0
6.如權(quán)利要求1-5任意一項(xiàng)所述二氧化錳微米立方塊的制備方法,其特征在于包括以下步驟: (1).將氯化錳充分溶解于蒸餾水中,加入氯酸鉀,攪拌充分溶解;氯化錳與氯酸鉀的摩爾比為3:1-2 ; (2).將⑴得到的溶液轉(zhuǎn)入內(nèi)襯聚四氟乙烯的高壓反應(yīng)釜中,將其置于160-200°C的烘箱中,控制反應(yīng)時(shí)間為6-10小時(shí);反應(yīng)完成后自然冷卻至室溫,將反應(yīng)產(chǎn)物用去離子水和酒精反復(fù)沖洗至中性; (3).將(2)得到的反應(yīng)物放置于80-100°C烘箱中干燥18-24小時(shí),得到帶有四棱錐結(jié)構(gòu)的微米二氧化錳立方塊粉末。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的制備方法,其特征在于:所述步驟(I)溶液中氯化錳濃度為0.5mol/L。
8.如權(quán)利要求1-5任意一項(xiàng)所述二氧化錳微米立方塊作為電磁波吸收材料的應(yīng)用。
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種帶有四棱錐的微米立方塊二氧化錳吸收劑的制備方法,屬于材料科學(xué)和化學(xué)合成制備的交叉技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明采用化學(xué)水熱合成的方法制備一種帶有四棱錐的微米立方塊二氧化錳吸收劑顆粒。通過(guò)化學(xué)水熱合成法可有效地可控制備出帶有四棱錐的微米立方塊狀的二氧化錳吸收劑,并且具有一定的電磁損耗性能。本發(fā)明制備方法簡(jiǎn)單,成本較低,性能穩(wěn)定,有著良好的應(yīng)用前景。
【IPC分類(lèi)】C09K3-00, C01G45-02
【公開(kāi)號(hào)】CN104761000
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510122360
【發(fā)明人】段玉平, 陳俊磊, 李鑫
【申請(qǐng)人】大連理工大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年7月8日
【申請(qǐng)日】2015年3月19日