本發(fā)明主要涉及磁性材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種開關(guān)電源變壓器用高機械強度的二茂鐵衍生物功能化有機磁芯材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
隨著微波通信技術(shù)的迅猛發(fā)展，電子器件和微帶天線正朝高頻化、小型化、輕量化和平面化方向發(fā)展，在這些裝置中，電源部分是影響體積重量的主要因素。這是因為電源內(nèi)部存在磁性元件包括變壓器和電感器，隨著電源技術(shù)的不斷發(fā)展，工作頻率的大幅度提高使磁性元件的體積大為縮小，實現(xiàn)變壓器、電感器的微型化。因此，具有特殊功能的有機磁性材料受到科學(xué)界和高技術(shù)領(lǐng)域的高度重視。
馬利、李艷軍等人在其《有機磁體聚苯胺/四氧化三鐵/多壁碳納米管的制備及其性能研究》一文中，采用溶液聚合法制備有機磁體聚苯胺，并將其與多壁碳納米管和四氧化三鐵復(fù)合，將右旋樟腦磺酸和二聚體引入到聚苯胺的合成過程中，以達到合成出具有磁損耗的介電損耗材料，同時將其與四氧化三鐵和多壁碳納米管復(fù)合，形成三層包覆結(jié)構(gòu)的材料，以最大程度的提高材料的微波吸收性能。
二茂鐵(Fc)是由二價鐵離子分布在兩個環(huán)戊二烯之間，形成了“三明治”電子共軛螯合物結(jié)構(gòu)，由于二茂鐵符合休克爾規(guī)則(2n+2=18)，因此化學(xué)性質(zhì)特別穩(wěn)定，具有高熱穩(wěn)定性，400℃以內(nèi)不分解，耐酸堿及紫外輻照。因二茂鐵價廉易得，可與許多有機試劑反應(yīng)，且易于改變重復(fù)結(jié)構(gòu)單元的長度以及金屬離子類型等，便于合成居里溫度Tc較高的常溫穩(wěn)定的磁性材料。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種開關(guān)電源變壓器用高機械強度的二茂鐵衍生物功能化有機磁芯材料及其制備方法，制備的有機磁體在高頻、微波下既有一定磁導(dǎo)率又有較高介電常數(shù)（即縮波因子較大）。
一種開關(guān)電源變壓器用高機械強度的二茂鐵衍生物功能化有機磁芯材料，由以下重量份的原料組成：二茂鐵單甲酰氯15-20份，炭黑6-12份，65%濃硝酸適量，二氯亞砜80-100份，乙二醇75-85份，去離子水適量，二氯甲烷適量，硫酸亞鐵3-8份，氨水適量，苯胺20-28份，右旋樟腦磺酸10-20份，N,N-二甲基甲酰胺適量，過硫酸銨2-4份，無水乙醇適量，鈦酸酯偶聯(lián)劑1-3份，聚乙烯2-7份，粘土1-3份，碳酸錳2-5份，硅橡膠粉1-2份。
具體步驟如下：
（1）表面羥基化炭黑的制備：
①、將炭黑、65%濃硝酸加入到三口燒瓶中，超聲分散25-40分鐘，反應(yīng)體系經(jīng)除氧后，釆用油浴加熱至95-105℃，于攪拌下反應(yīng)35-38小時，冷卻至室溫后過濾，用去離子水洗滌濾餅至濾液pH至中性，產(chǎn)物置于45-55℃真空干燥至恒重，即得羧酸化炭黑；
②、將羧酸化炭黑、二氯亞砜加入到反應(yīng)瓶中，超聲分散10-30分鐘，反應(yīng)體系經(jīng)除氧后，采用油浴加熱至回流反應(yīng)20-24小時，減壓蒸餾除去過量的二氯亞砜，之后在氬氣保護下，加入乙二醇，升溫到115-125℃，攪拌反應(yīng)22-25小時，反應(yīng)結(jié)束后減壓抽濾，將濾餅用大量的去離子水洗滌3-4次，最后，將濾餅置于45-55℃真空干燥至恒重，即得表面羥基化炭黑，備用；
（2）二茂鐵基化合物接枝炭黑負載四氧化三鐵：
將上述表面羥基化炭黑放入裝有二氯甲烷的三頸燒瓶中，加入二茂鐵單甲酰氯，超聲分散15-25分鐘，反應(yīng)體系經(jīng)除氧后，釆用油浴加熱至回流，于攪拌下反應(yīng)15-20小時，減壓蒸餾除去溶劑后，加入硫酸鐵、去離子水，在氮氣保護下超聲分散30-60分鐘直到鐵鹽都溶解，冷卻至常溫，用沉淀法將四氧化三鐵沉淀到炭黑的表面，過濾、干燥得到二茂鐵基化合物接枝炭黑負載四氧化三鐵；
（3）有機磁體復(fù)合材料的制備：
將苯胺、右旋樟腦磺酸溶于有機溶劑中，通過超聲將右旋樟腦磺酸全部溶解，將過硫酸銨分3-5次加入反應(yīng)體系中進行誘導(dǎo)聚合14-16小時，反應(yīng)結(jié)束后將產(chǎn)品過濾，水和無水乙醇分別洗滌三次，于55-65℃真空干燥至恒重，得到有機磁體復(fù)合材料；
（4）將硅橡膠粉加入2-4倍去離子水稀釋，加入粘土、碳酸錳攪拌均勻，再利用球磨機將物料混合球磨，混合時間4-6小時，使得物料的目數(shù)到達到150-200目，后取出，烘干得混合料；
（5）按步驟（3）有機磁體在高能球磨后過120目篩孔，再加入鈦酸酯偶聯(lián)劑、聚乙烯及步驟（4）混合料在150-160℃的雙輥機上混煉20-40分鐘，然后在100kg/cm2的壓機熱壓成有機磁芯材料。
其中，所述的步驟（3）中使用的有機溶劑可以是二甲亞砜、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、四氫呋喃、N-甲基-吡咯烷酮。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點：
（1）本發(fā)明通過在炭黑表面引入活潑基團-羥基，再跟二茂鐵單甲酰氯反應(yīng)得到二茂鐵接枝的炭黑，接著采用沉淀法將四氧化三鐵沉淀到二茂鐵接枝的炭黑表面，使得有機磁芯材料結(jié)合炭黑與四氧化三鐵的優(yōu)點，再者利用二茂鐵結(jié)構(gòu)獨特的磁性能，提高材料的磁導(dǎo)率、介電常數(shù)以及居里溫度，使得材料具有較大的縮波因子、低電磁損耗和拓寬頻帶等特點。
（2）本發(fā)明利用原位聚合法形成核殼結(jié)構(gòu)的納米有機磁體材料，摻雜右旋樟腦磺酸的聚苯胺為殼體材料，右旋樟腦磺酸的引入使得聚苯胺具有螺旋結(jié)構(gòu)，從而使聚苯胺具有磁性；另外二茂鐵基化合物接枝炭黑負載四氧化三鐵復(fù)合物為核材，與聚苯胺結(jié)合使得有機磁體材料的導(dǎo)磁性增強，從很大程度下提高了材料的反射損耗，拓寬了微波吸收的頻寬，提高了材料的縮波性能，使電子元件更小、更輕、更薄，實現(xiàn)微型化。
（3）本發(fā)明添加硅橡膠粉、粘土來提高磁芯強度，折斷強度得到提高，同規(guī)格產(chǎn)品抗折強度相較傳統(tǒng)的磁芯提高10-40%，大大提高機械強度，磁芯在繞線時不易折斷，降低繞線時的報廢率，節(jié)約資源，降低成本。
具體實施方式
一種開關(guān)電源變壓器用高機械強度的二茂鐵衍生物功能化有機磁芯材料，由以下重量份的原料組成：二茂鐵單甲酰氯18份，炭黑9份，65%濃硝酸適量，二氯亞砜95份，乙二醇80份，去離子水適量，二氯甲烷適量，硫酸亞鐵7份，氨水適量，苯胺23份，右旋樟腦磺酸16份，N,N-二甲基甲酰胺適量，過硫酸銨3份，無水乙醇適量，鈦酸酯偶聯(lián)劑2份，聚乙烯5份，粘土4份，碳酸錳2份，硅橡膠粉1份。
具體步驟如下：
（1）表面羥基化炭黑的制備：
①、將炭黑、65%濃硝酸加入到三口燒瓶中，超聲分散30分鐘，反應(yīng)體系經(jīng)除氧后，釆用油浴加熱至100℃，于攪拌下反應(yīng)36小時，冷卻至室溫后過濾，用去離子水洗滌濾餅至濾液pH至中性，產(chǎn)物置于50℃真空干燥至恒重，即得羧酸化炭黑；
②、將羧酸化炭黑、二氯亞砜加入到反應(yīng)瓶中，超聲分散20分鐘，反應(yīng)體系經(jīng)除氧后，采用油浴加熱至回流反應(yīng)22小時，減壓蒸餾除去過量的二氯亞砜，之后在氬氣保護下，加入乙二醇，升溫到120℃，攪拌反應(yīng)24小時，反應(yīng)結(jié)束后減壓抽濾，將濾餅用大量的去離子水洗滌4次，最后，將濾餅置于50℃真空干燥至恒重，即得表面羥基化炭黑，備用；
（2）二茂鐵基化合物接枝炭黑負載四氧化三鐵：
將上述表面羥基化炭黑放入裝有二氯甲烷的三頸燒瓶中，加入二茂鐵單甲酰氯，超聲分散20分鐘，反應(yīng)體系經(jīng)除氧后，釆用油浴加熱至回流，于攪拌下反應(yīng)18小時，減壓蒸餾除去溶劑后，加入硫酸鐵、去離子水，在氮氣保護下超聲分散50分鐘直到鐵鹽都溶解，冷卻至常溫，用沉淀法將四氧化三鐵沉淀到炭黑的表面，過濾、干燥得到二茂鐵基化合物接枝炭黑負載四氧化三鐵；
（3）有機磁體復(fù)合材料的制備：
將苯胺、右旋樟腦磺酸溶于有機溶劑中，通過超聲將右旋樟腦磺酸全部溶解，將過硫酸銨分4次加入反應(yīng)體系中進行誘導(dǎo)聚合15小時，反應(yīng)結(jié)束后將產(chǎn)品過濾，水和無水乙醇分別洗滌三次，于60℃真空干燥至恒重，得到有機磁體復(fù)合材料；
（4）將硅橡膠粉加入3倍去離子水稀釋，加入粘土、碳酸錳攪拌均勻，再利用球磨機將物料混合球磨，混合時間5小時，使得物料的目數(shù)到達到200目，后取出，烘干得混合料；
（5）按步驟（3）有機磁體在高能球磨后過120目篩孔，再加入鈦酸酯偶聯(lián)劑、聚乙烯及步驟（4）混合料在155℃的雙輥機上混煉30分鐘，然后在100kg/cm2的壓機熱壓成有機磁芯材料。
其中，所述的步驟（3）中使用的有機溶劑可以是二甲亞砜、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、四氫呋喃、N-甲基-吡咯烷酮。
按照具體實施例制備的有機納米磁芯材料，對其進行性能測試，結(jié)果如下：
磁化強度為321Am2/kg，比飽和磁化強度43emu/g，矯頑磁力2251e，居里溫度423℃。