Page 113 - 《精细化工》2020年第6期

第 6 期 黄 勇，等: 软模板水热法制备空心 ZnFe 2 O 4 及其吸波性能 ·1179·

随着通信设备的爆炸式发展及电子设备的小型 Fisher 公司；BKT-4500Z 型振动样品磁强计（VSM），
化，电磁波干扰现象和电磁波辐射问题已引起人们 中国北京泽天科技有限公司；ULTRA55 型场发射扫
的广泛关注。这些设备周围产生的电磁污染不仅 描电镜（FESEM）、Libra200 型透射电镜（TEM），
严重影响着其日常通信，而且还直接威胁着人类健 德国 Carl 公司；N5230C 型矢量网络分析仪，美国
康 [1-2] 。吸波材料是一种将电磁波转化为热能或者其 Agilent 公司。
他类型能量从而将其耗散掉的新材料，这也被认为 1.2 方法
是解决电磁波污染问题最有希望的方案之一 [3-4] 。在 1.2.1 制备
过去的几十年中，对吸波材料的研究主要集中在介电 采用软模板水热法制备 ZnFe 2O 4 空心纳米粒子，
损耗材料，如陶瓷、碳系材料、导电聚合物 [5-8] ，以及 具体合成过程如下：将 1.35 g FeCl 3∙6H 2O（0.005 mol）
磁损耗材料，如铁氧体和磁性金属及其合金 [9-11] 。 和 0.34 g ZnCl 2 （0.0025 mol）依次加入装有 40 mL
作为传统的磁损耗型吸波材料，铁氧体具有价 乙二醇的烧杯中，机械搅拌 15 min 后加入 3.6 g NaAc
格低廉、制备工艺较为简单、稳定性好和较高的阻 和 1.0 g 聚乙二醇 4000，然后在 50 ℃下搅拌 1 h。
抗匹配等优点，目前被广泛研究和应用，是最具有 将所得溶液转移至 100 mL 特氟龙内衬不锈钢高压
实用性的吸波材料 [12-13] 。通常，铁氧体吸波材料又 釜中，200 ℃下加热 10 h。最后，用去离子水和无
可分为六角晶系和尖晶石型。六角晶系铁氧体由于 水乙醇对所收集的黑色沉淀物先后清洗 3 次，60 ℃
结构对称性低、磁晶各向异性高等特点导致其自然 下真空干燥 12 h，制得空心 ZnFe 2 O 4 纳米颗粒。
共振频率较高，被应用于中高频段的电磁波吸收。 1.2.2 电磁性能测试试样的制备
M 型钡铁氧体（BaFe 12 O 19 ）是典型的六角晶系铁氧 由于石蜡（PW）对微波吸收几乎没有影响，因
体，目前对其研究也较多 [14] 。刘延坤等 [15] 用溶胶- 此将样品与 PW 混合以测试样品的电磁参数。将样
凝胶自蔓延法成功制备出 M 型钡铁氧体，其最小反 品粉末与 PW 按 60∶40 的质量比混合，加入一些无
射损耗为–13.5 dB，反射损耗小于–10 dB 的带宽为 水乙醇研磨使样品和 PW 均匀混合，置于 60 ℃烘
0.7 GHz。尖晶石铁氧体的化学式为 MeFe 2O 4 ，Me 箱中干燥。然后，将混合后的样品装入模具中，使用
可以是 Zn、Co、Ni、Mn 和 Mg 等元素。尖晶石铁 压片机在 2.0 MPa 下压 2 min，得到内径约 3.00 mm、
氧体不仅具有较高的阻抗匹配和较高的电阻率，可 外径约 7.00 mm 及厚度约 2.5 mm 的同心圆环。
以避免金属导体在高频下的趋肤效应，有利于电磁 1.3 结构表征与性能测试
波的进入，而且具有较高的磁导率，有利于电磁波 X 射线衍射分析测试：K α 辐照，Cu 靶，波长
的吸收，目前尖晶石铁氧体被广泛应用于吸波领域。 λ=0.154056 nm，管电流 40 mA，管电压 40 kV。X
CHEN 等 [16] 利用自组装法和球磨法成功制备出了 射线光电子能谱仪分析测试：X 光源为单色 Al 源，
Ni xCo 1–xFe 2O 4，当 x=0.8 时，该吸波材料在 11.52 GHz 能量为 1486.6 eV，功率为 150 W，扫描模式是 CAE，
处的最小反射损耗为–36.2 dB。ZnFe 2 O 4 作为重要的 全谱扫描时，最大动能为 160 eV，窄谱扫描时，最
尖晶石铁氧体，在光催化、锂离子电池及微波吸收 大动能为 40 eV。磁性能分析测试：采用振动样品
等领域都有广泛的研究 [17-20] 。关于吸波的报道也大 磁 强计测 试样 品的磁 滞回 线，磁 场范 围为 –10~
多集中在掺杂和与其他材料的复合上 [21-22] ，关于 10 kOe，测试温度为 25 ℃。形貌分析测试：采用
ZnFe 2 O 4 本身结构对吸波性能影响的报道很少。 场发射扫描电镜和透射电镜进行形貌分析。电磁参
本文利用聚乙二醇为表面活性剂（起到软模板 数分析测试：采用矢量网络分析仪测试复磁导率和
自组装的作用），采用简单的水热法一步合成具有空 复介电常数，频率范围为 2~18 GHz。
心结构的纳米 ZnFe 2 O 4 颗粒，并对其物相、形貌、
静磁性能、电磁参数和吸波性能进行了考察。 2 结果与讨论

1 实验部分 2.1 XRD 分析
利用 XRD 表征样品的物相组成和晶体结构，样
1.1 试剂与仪器 品的 XRD 图谱如图 1 所示。从图 1 可以看出，所测
六水合三氯化铁（FeCl 3∙6H 2O）、氯化锌（ZnCl 2）、 样品的衍射峰与 ZnFe 2 O 4 的标准卡片（JCPDS 卡片
乙酸钠（NaAc）、乙二醇，AR，成都市科隆化学品 No.22-1012）完全一致，没有杂质峰。2θ 位于 18.2°、
有限公司；聚乙二醇 4000，AR，天津市科密欧化学 29.9°、35.3°、36.9°、42.9°、53.1°、56.7°、62.2°和
试剂开发中心。 73.5°处的衍射峰分别对应于 ZnFe 2 O 4 晶体的(111)、
X′Pert PRO 型 X 射线衍射仪，荷兰 PANalytic (220)、(311)、(222)、(400)、(422)、(511)、(440)和
公司；K-Alpha 型 X 射线光电子能谱仪，美国 Thermo (533)晶面。