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)電源變壓器用高繞線比高磁導(dǎo)率的有機(jī)納米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?yàn)殡娫磧?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(shí)現(xiàn)變壓器、電感器的微型化。因此，具有特殊功能的有機(jī)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(jī)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(jī)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(dá)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(jī)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(shí)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)電源變壓器用高繞線比高磁導(dǎo)率的有機(jī)納米磁芯材料及其制備方法，制備的有機(jī)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)電源變壓器用高繞線比高磁導(dǎo)率的有機(jī)納米磁芯材料，由以下重量份的原料組成：二茂鐵單甲酰氯15-20份，炭黑5-10份，65%濃硝酸適量，二氯亞砜80-100份，乙二醇70-85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16-25份，右旋樟腦磺酸9-18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2-6份，硼酸鎂2-5份，五氧化二鈮1-3份，聚乙烯醇0.2-1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(hù)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(fù)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?dú)獗Ｗo(hù)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(fù)載四氧化三鐵；
（3）有機(jī)磁體復(fù)合材料的制備：
將苯胺、右旋樟腦磺酸溶于有機(jī)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(jìn)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(jī)磁體復(fù)合材料；
（4）將硼酸鎂、五氧化二鈮置于砂磨機(jī)中，再加入3-5倍的去離子水，調(diào)整砂磨機(jī)轉(zhuǎn)速200-500 轉(zhuǎn)/分鐘，砂磨1-2小時后打入待噴池，加入聚乙烯醇，攪拌3-4小時，二次噴料進(jìn)口溫度250-280℃，烘干，得球磨料；
（5）按步驟（3）有機(jī)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）球磨料在150-160℃的雙輥機(jī)上混煉20-40分鐘，然后在100kg/cm2的壓機(jī)熱壓成有機(jī)納米磁芯材料。
其中，所述的步驟（3）中使用的有機(jī)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(diǎn)：
（1）本發(fā)明通過在炭黑表面引入活潑基團(tuán)-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(jī)磁芯材料結(jié)合炭黑與四氧化三鐵的優(yōu)點(diǎn)，再者利用二茂鐵結(jié)構(gòu)獨(dú)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(diǎn)。
（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(jī)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(fù)載四氧化三鐵復(fù)合物為核材，與聚苯胺結(jié)合使得有機(jī)磁體材料的導(dǎo)磁性增強(qiáng)，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(shí)現(xiàn)微型化。
（3）本發(fā)明改變了原始配方，添加了硼酸鎂、五氧化二鈮以達(dá)到在提高磁導(dǎo)率的同時，顯著提高繞線比，以滿足磁芯材料不斷發(fā)展的需求。
具體實(shí)施方式
一種開關(guān)電源變壓器用高繞線比高磁導(dǎo)率的有機(jī)納米磁芯材料，由以下重量份的原料組成：二茂鐵單甲酰氯18份，炭黑7份，65%濃硝酸適量，二氯亞砜94份，乙二醇80份，去離子水適量，二氯甲烷適量，硫酸亞鐵6份，氨水適量，苯胺23份，右旋樟腦磺酸15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，硼酸鎂3份，五氧化二鈮2份，聚乙烯醇0.8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(hù)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(fù)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?dú)獗Ｗo(hù)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(fù)載四氧化三鐵；
（3）有機(jī)磁體復(fù)合材料的制備：
將苯胺、右旋樟腦磺酸溶于有機(jī)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(jìn)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(jī)磁體復(fù)合材料；
（4）將硼酸鎂、五氧化二鈮置于砂磨機(jī)中，再加入5倍的去離子水，調(diào)整砂磨機(jī)轉(zhuǎn)速400轉(zhuǎn)/分鐘，砂磨2小時后打入待噴池，加入聚乙烯醇，攪拌3小時，二次噴料進(jìn)口溫度270℃，烘干，得球磨料；
（5）按步驟（3）有機(jī)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）球磨料在155℃的雙輥機(jī)上混煉30分鐘，然后在100kg/cm2的壓機(jī)熱壓成有機(jī)納米磁芯材料。
其中，所述的步驟（3）中使用的有機(jī)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(shí)施例制備的有機(jī)納米磁芯材料，對其進(jìn)行性能測試，結(jié)果如下：
磁化強(qiáng)度為316Am2/kg，比飽和磁化強(qiáng)度43emu/g，矯頑磁力2252e，居里溫度423℃。