- 磁性木材的制备和性能测试
摘要 ：研究了通过浸渍法制得的磁性木材产物不同部位对产物中磁性物质的分布、磁性和电磁波吸收性能的影响。利用金属盐离子尺寸小、在木材中渗透性优于纳米颗粒的特点，将
经过预处理的木材先后浸渍于三价铁和二价铁的混合溶液以及氨水溶液中，通过化学共沉淀的方法在木材中原位制备 Fe3 O4 纳米颗粒，从而得到磁性木材。对样品成分和结构进行红外光谱和 X 射线衍射光谱分析; 将环境扫描电子显微镜与 EDS mapping 模式联用研究样品中磁性颗粒的分布; 使用振动样品磁强计对所得样品的磁性进行了测量; 并使用网络矢量分析仪对杨木试样的电磁波吸收能力进行了测试。铁盐浸渍液中 Fe 和 Fe 的物质的量之比为 2 ∶1 氨水质量分数为25%，浸渍液通过导管传输和纹孔渗透两种方式进入木材内部，最终生成磁性颗粒。磁性颗粒的粒径在 13 nm左右，磁性木材不同部位的铁含量按照角、边和中心的顺序依次递减，角部位的磁性强度最高，为 24. 75 emu /g，而中心部位仅为 1. 64 emu /g。同时，不同部位的磁矫顽力均较大，分别为 137. 60( 中心) ，28. 15( 边) 和 10. 11 Oe( 角) ，表明制得的磁性木材改变了原来磁性颗粒( Fe3 O4 ) 的软磁性特征，为硬磁材料。此外，它们在 5. 0 GHz 处的电磁波吸波强度分别为－0. 63( 中心) ，－3. 93( 边) 和－17. 12 dB( 角) 。采用铁盐与氨水逐步浸渍和原位共沉淀的方法可以成功制备磁性木材。在固定的浸渍液配比浓度和铁盐浸渍时间下，磁性木材内部不同部位所含磁性颗粒的量按中心、边和角的顺序逐渐增加，分布更加均匀，相应的磁性逐渐增强。同时，制得的磁性木材为硬磁材料，但从磁性木材的中心部位到边和角部位呈现出向软磁材料转变的趋势。而制得的磁性木材不同部位电磁波吸收性能按中心、边和角的顺序逐渐增强。铁盐浸渍 6 d 得到的 3 mm 厚磁性木材的角部位电磁波吸收能力最强，且对 5. 0 GHz 波段的电磁波吸收性能满足吸波材料的性能。
关键词:磁性木材; 电磁波吸收剂; 原位; 共沉淀
Abstract: Since ferric irons have good characteristics，such as smaller size and easier penetration into wood than nano-particles，the pretreated wood was impregnated in the mixed solution of Fe3 and Fe2 ，and followed by the impregna-tion in ammonia solution． The Fe3 O4 nanoparticles were prepared by the in situ co-precipitation method in the wood， and magnetic wood ( Fe3 O4 /wood) was fabricated． The X － ray diffraction ( XＲD ) ，scanning electron microscope( SEM ) ，energy dispersive spectrometer ( EDS ) ，vibrating sample magnetometer ( VSM ) and network vector analyzer were used to investigate the composition，structure，magnetic and electromagnetic wave absorption properties of the magnetic wood samples． The molar ratio of Fe3 and Fe2 in the impregnation solution was 2 ∶1，and the mass ratio of ammonia was 25%． The magnetic coercivities of the different parts ( center，edge and corner) of the magnetic wood were 137. 60，28. 15 and 10. 11 Oe，respectively，and their absorption capacities for electromagnetic wave at 5. 0 GHz band with the thickness of 3 mm were －0. 63，－3. 93 and －17. 12 dB，respectively． These results indicated that the magnetic wood was successfully fabricated by using the in situ co-precipitation and gradually dipping method． At the same time，the content and distribution of magnetic particles increased gradually and became more uniform from center to corner． The corner part of the obtained magnetic wood was of good magnetic and electromagnetic wave absorption properties． The electromagnetic wave absorption capacities of the magnetic wood increased gradually with the increase in thickness． The corner part of the magnetic wood with the thickness of 3 mm was suitable to be the in-formal absorbing materials for electromagnetic wave at 5．0 GHz band and met the technical and economic requirements as an absorption material．
Keywords: magnetic wood; electromagnetic wave absorber; in situ; co-precipitation
- 引言
磁性木材作为一种新型的木材无机纳米复合材料，在其处理过程中不仅能够保持木材原有的优良性质和绿色品质，同时还可以赋予木材新的功能，如磁性，超疏水性，抗紫外线老化性能等，对实现木材改良和功能化拓展育有一定的意义。
- 国内外研究状况
磁性木材是一种新型的具有磁特性的木材，磁性木材作为一种生物质复合材料，即保留了木材原有的纹理和低密度、容易加工成型等优点，还因 Fe3O4 等磁性材料的加入而具有其他特殊的性质。例如，在移动电话、局域网和家庭机器人等无线电子设备应用快速增长的时代为了使人们的日常生活和生产免受电磁系统所产生的电磁波影响，迫切需要具有质量轻、厚度薄、有效频率宽和吸收能力强等特点的吸波材料。Fe3O4 作为一种同时具有介电损耗和磁损耗的典型磁介电材料，与木材复合形成磁性木材，其高和低成本的优点使其逐渐成为一种极具吸引力的电磁波吸收材料。磁性木材目前的制造工艺仍然停留在浸渍法、粉体法以及涂布法的基础上，这些方法虽然都可以使木材获得较好的磁特性，但都需要先制备磁流体，前期工艺复杂，且多涉及高温高压等苛刻的制备条件。高洪林等根据金属离子尺寸小、在木材中渗透性优于纳米颗粒的特点，利用原位化学合成法制备出 Fe3 O4 / 云杉木复合材料，并对该复合材料的磁性以及材料中磁性颗粒分别在导管和木纤维中的微观分布进行了研究，然而，对于磁性颗粒在产物中的宏观分布情况，以及产物的不同相对位置( 角、边和中心) 对磁性和电磁波吸收特性的影响未做细致分析。笔者使用原位共沉淀法，将经过预处理的杨木试样先后在三价铁和二价铁的混合溶液以及氨水溶液中浸渍，在木材中原位制备 Fe3 O4 纳米颗粒，得到磁性木材，并对磁性木材的成分、形貌、磁性和电磁波吸收特性进行分析，重点研究磁性颗粒在产物不同相对位置( 角、边和中心) 中的分布情况，以及由此产生的对所得磁性木材上述性能的影响。
3 总结
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