羰基铁粉银核壳粒子及其复合材料的制备与电磁特性

表１结果可知，羰基铁粉／银核一壳复合粒子电磁屏蔽橡胶材料的体积电阻率为２．１８×１０‘３ Ｑ·ｃｍ，与
以导电银粉为填料的橡胶材料的体积电阻率（２．１７×ｌｏ。Ｑ·ｃｍ）基本相同，远高于羰基铁粉橡胶材 料的导电性能．
此外，羰基铁粉／银核一壳复合粒子的饱和磁化强度（帆）和矫顽力（鼠）分别为１５６．６ Ａｍ２／ｋｇ和
将羰基铁粉９４．４ ｇ分散于８００ ｍＬ无水乙醇中，电动搅拌３０ ｍｉｎ，另将适量ＰｖＰ溶于６００ ｍＬ无水 乙醇中，磁力搅拌３０ ｍｉｎ．将完全溶解的ＰＶＰ乙醇溶液倒人羰基铁粉和乙醇的混合体中，电动搅拌 １５ ＩＩｌｉｎ后加入１６ ｍＬ甲醛溶液；３０ ｍｉｎ后缓慢滴加银氨溶液和氢氧化钠ｍ１的混合溶液５００ ｍＬ．滴加 完毕后，继续反应２ ｈ，磁选分离清洗数次后，将产物于５０℃真空干燥．
本文运用液相化学还原银技术，在羰基铁粉表面制备银纳米粒子，获得了核．壳完整的羰基铁粉／ 银复合粒电导磁型
收稿日期：２０１０ＪＤ３躬． 基金项目：国家“八六三”计划项目（批准号：２００６ＡＡ０３２４６１）和国防基础科研项目（批准号：＾１４２００舳１８５）资助． 联系人简介：官建国，男，博士，教授，博士生导师。主要从事聚合物及纳米复合材料研究．Ｅ·“Ｉ曩ｉｌ：昏咖ｄｇ＠ｗＩＩｕｔ．ｅｄｕ．∞
伽ｐＩ嘴ｉｔｅ ｐａｒｔｊｃＩ鹤（Ｂ）锄ｄ ｓ姐ｖｅｒ ｐｏｗｄｅ雌（Ｃ）
图２为羰基铁粉／银核壳复合粒子的ＥＤｓ图谱，分析可知其含Ｆｅ和Ａｇ两种元素，结合前面ＳＥＭ 结果，说明该复合粒子的壳层是由银元素所组成．由ＥＤｓ图谱计算可知，Ａｇ元素在该复合粒子中的质 量分数约为１７．５％．
ＥｆｋＮ
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万方数据
高等学校化学学报
Ｖ０１．３１
应溶液中无游离或团聚的纳米银粒子，表明所有生成的银纳米粒子都沉积在羰基铁粉表面；图ｌ（ｃ） 为市售的导电银粉的ＳＥＭ照片，产物呈类球状，粒径小于１斗ｍ．
Ｆｉｇ．１ ＳＥＭ ｉｍａｇ姻ｏｆ曲ｒｂ伽ｙｌ ｉｒ仰ｐｏｗｄｅ幅（Ａ），∞ｒｂｏｎｙｌｉｍｎ ｐｏｗｄｅｒｓ／鳓ｗｒ∞心－ｓｈ枷
电磁屏蔽橡胶衬垫材料通用规范》分别测试橡胶材料的体积电阻率．采用ｓＪ ２０５２４－１９９５《材料屏蔽效
能的测量方法》测试屏蔽材料在３０～１５００ ＭＨｚ下的屏蔽效能（ＳＥ）：
ＳＥ＝１０×ｌｇ（Ｐ２／Ｐ１）
（１）
式中，Ｐ。为无屏蔽情况下电磁波的功率，Ｐ２为屏蔽情况下的功率．
２结果与讨论
２．１羰基铁粉／银核一壳复合粒子的制备 首先，在液相化学还原反应过程中，银离子的生成受银氨络离子的控制，银氨络离子起到“缓释”
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图３是羰基铁粉和羰基铁粉／银核．壳复合粒子的ｘＲＤ谱图．对照Ｆｅ的ＪｃＰＤｓ Ｎｏ．６—Ｄ６９６卡片，从
为解决上述问题，人们采用多层复合（导电层与导磁层复合）或多种填料复合（导电填料与导磁填 料机械混合）等技术赋予电磁屏蔽复合材料兼具导电和导磁性能，从而提高了材料的电磁屏蔽效 能¨５’１６１，但同时产生了材料的厚度增加和加工工艺复杂等问题．根据雷达吸波材料的设计原理［１ ７ｌ。不 同于损耗型或介电损耗型吸波填料¨８ｔ１９ Ｊ，羰基铁粉属于一种典型的磁损耗型吸波填料，因其在微波频 段下具有较高的磁导率，可通过吸收方式损耗电磁波，故在复合型雷达隐身材料中应用相当广泛．采 用镀银羰基铁粉制备的电磁屏蔽涂层材料具有优良的屏蔽效能汹，２１１，然而该屏蔽填料存在核．壳结构 不完整等问题．这类填料的表面形貌、导电性能、静磁性能和复磁导率等属性与复合材料的屏蔽效能 之间的关系尚需进一步研究，同时导电导磁型电磁屏蔽复合材料的屏蔽特性尚不明确．
Ｖ０１．３ｌ ２０１０年ｌＯ月
高等学校化学学报 ＣＨＥＭＩＣＡＬ ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＣＨＩＮＥＳＥ ＵＮＩＶＥＲＳｍＥＳ
Ｎｏ．１０ １９３４～１９３９
羰基铁粉／银核．壳粒子及其复合 材料的制备与电磁特性
王一龙１”，李 维１，章桥新１，王 维１，官建国１
（１．武汉理工大学材料复合新技术国家重点实验室，２．理学院化学系，武汉４３００ｒ７０）
（填料为羰基铁粉／银核一壳复合粒子）、磁性橡胶（填料为羰基铁粉）和导电橡胶（填料为导电银粉）中 的填料在聚合物基体中的体积分数分别为４０％，４０％和３５％．
Ｎ３２丁腈橡胶（ＮＢＲ，兰州石化公司），邻苯二甲酸二丁酯（分析纯，成都科龙化工试剂厂），硬脂 酸（分析纯，国药集团化学试剂有限公司），氧化锌（分析纯，上海化学试剂有限公司），过氧化二异丙
图３谱线口可见，各衍射峰为体心立方（６ｃｃ）结构ａ·Ｆｅ，其晶面分别为（１１０），（２００）和（２１１）；图３中
未发现其它杂相衍射峰．而被银纳米粒子包覆后，所得到的核一壳复合粒子出现了Ａｇ的４个特征衍射
峰，如图３谱线６所示，其中各衍射峰分别对应于面心立方结构银的（１１１），（２００），（２２０）和（３１１）晶
ＴａｂＩｅ ｌ Ｍ哪ｅｔｉｃ ｐｍｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ枷ｅＩｄｉｌｌｇ删ｅ瑙ａｎｄ ｖｏｌｕ眦嘟蜥哪ｏｆ ｄｅｃｔ咖ｎａ卿Ｉ廿ｃ
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万方数据
Ｎｏ．１０
１．３电磁屏蔽橡胶材料的加工
称取ＮＢＲ １００．０ ｇ，对其进行塑炼，加入３．Ｏ ｇ ＤｃＰ与硫化配合剂等助剂（７．０ ｇ邻苯二甲酸二丁 酯、２．０ ｇ硬脂酸和６．Ｏ ｇ氧化锌），薄通数次后，取一定量的混炼胶，按体积分数４０％加入屏蔽填料羰 基铁粉／银核－壳复合粒子中，再进行混炼，薄通数次后，将混炼胶静置２４ ｈ，硫化前进行二次混炼，然
万方数据
Ｎｏ．１０
王一龙等：羰基铁粉／银核－壳粒子及其复合材料的制备与电磁特性
１９３５
电磁屏蔽橡胶材料．与传统屏蔽橡胶相比，该电磁屏蔽橡胶材料具有更高的屏蔽效能，并且它既可对 电磁波进行反射损耗，又可对电磁波进行有效的吸收损耗，从而降低了电磁波的二次干扰．研究结果 表明，该新型的电磁屏蔽橡胶材料在电磁兼容工程应用方面具有较好的应用前景．与多层复合／多种 填料复合技术相比，导电导磁型电磁屏蔽复合橡胶具有制备工艺简单、屏蔽性能优异等特点．
面，无氧化物的衍射峰，表明制备的羰基铁粉／银核一壳复合粒子中只有Ｆｅ和Ａｇ两相．结合前面的
ｓＥＭ和ＥＤｓ分析结果可知，所制备的羰基铁粉／银核·壳复合粒子具有完整的核壳结构，其中壳层中的 银是面心立方结构的单质银．
２．２羰基铁粉／银核壳复合粒子的电磁特性
２，．２．１ 导电性能和静磁性能表１分别列出了以羰基铁粉、羰基铁粉／银核一壳复合粒子和导电银粉 作为屏蔽填料的橡胶材料的导电性能，以及羰基铁粉和羰基铁粉／银核一壳复合粒子的静磁性能．由
银离子的作用，避免反应过快；当银离子被甲醛还原后，所形成的银晶核通过自相成核以及异相成核 过程，在羰基铁粉的表面生长，最终形成复合粒子的壳层．图ｌ是羰基铁粉、羰基铁粉／银核．壳复合粒
子和导电银粉的ＳＥＭ照片．羰基铁粉的粒径小于５岬，其表面比较光滑［图ｌ（Ａ）］；当羰基铁粉经过
液相化学还原银反应后，在羰基铁粉的表面均匀地包覆了一层致密的纳米银壳层，如图１（Ｂ）所示．反
１ 实验部分
１．１试剂与仪器
硝酸银、氨水、氢氧化钠、甲醛和无水乙醇均为分析纯试剂；聚乙烯吡咯烷酮（ＰｖＰ，Ｋ．３０）购于国
药集团化学试剂有限公司．屏蔽填料羰基铁粉（ＤＴ－５，粒径≤５斗ｍ）和导电银粉（ＳＡ—ｌ，粒径≤ｌ¨ｍ） 分别购于陕西兴平化学股份有限公司和昆明恒达科技股份有限公司．导电导磁复合电磁屏蔽橡胶材料
摘要运用液相化学还原银技术，制备了羰基铁粉／银核－壳复合粒子；以该复合粒子为屏蔽填料，制备了一 种宽频、高效的新型电磁屏蔽橡胶材料．分析了该屏蔽填料的表面形貌和组成，研究了其电磁特性对电磁屏 蔽橡胶材料屏蔽效能的影响规律．结果表明，具有完整核壳结构的羰基铁粉／银复合粒子兼具优异的磁性能 和高导电率，用其组成的电磁屏蔽橡胶材料对电磁波能同时产生较强的吸收损耗和反射损耗，屏蔽效能 （ｓＥ）优于传统的屏蔽橡胶材料． 关键词 羰基铁粉／银核．壳复合粒子；电磁屏蔽；磁导率；屏蔽效能
中图分类号０６１４．８１；０６１４．１２２；聊４ 文献标识码Ａ 文章编号０２５１聊９０ｆ２０ｌＯ）ｌＯ．１９３４舶
复合型电磁屏蔽材料具有使用方便、易于维护等优点，尤其适合解决各种复杂形状的机箱和机柜 上孔洞或缝隙等处所产生的电磁泄漏问题，故在电磁兼容（Ｅｌｅｃ叻ｍａｇｎｅｔｉｃ ｃｏｍｐａｔｉｂｉｌ时，ＥＭＣ）设计中 应用广泛．此类材料的屏蔽性能主要取决于填充在聚合物基体中屏蔽填料的导电率、静磁性能和磁导 率等电磁特性以及屏蔽填料的形状及用量等因素．目前，屏蔽填料主要有：（１）银、铜和镍等高导电 率的金属填料¨’２’：银和铜的导电率大，电磁屏蔽效果好，但它们的密度大，从而影响复合材料的综合 性能．铜由于易氧化而降低了其导电性，故必须进行特殊的防氧化处理，目前人们已发展了表面镀金 属技术、加还原剂、有机磷化合物处理技术和偶联剂处理技术等多种防铜粉氧化技术．镍化学稳定性 好且具有一定的磁导率，但由于其导电率低于铜和银，故总体屏蔽效果不如前者；（２）石墨、炭黑等 碳系填料¨一１：该类填料也可应用于导电损耗型吸波复合材料旧】．作为屏蔽填料，它们虽然具有价格 低、密度小和环境适应性好等优点，但其导电性与金属粉体相比较低，故其屏蔽效能难于和前者相媲 美；（３）银空心微球、中空玻璃微珠镀银或镀镍以及银包铜粉或银包镍粉等核．壳复合粒子归。２１：其主 要优点在于保持高导电率的同时，能降低填料的密度或提高填料的性价比．此外，特种导电高分子材 料在电磁屏蔽领域中也具有较好的应用前景¨３’１４ Ｊ，但同时也存在成本高和电性能低等问题．总之，现 有的电磁屏蔽复合材料大多为导电型材料，主要以反射损耗来衰减电磁波的能量．