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1、原位共沉淀法制备磁性木材及研究摘要：以FeCl2/FeCl3溶液和氨水对杨木单板进行分别浸渍，通过共沉淀法在杨木内部原位合成四氧化三铁纳米颗粒，制备磁性木材。运用扫描电镜对磁性颗粒在磁性木材内部的含量和分布情况进行研究，同时利用comsol程序对盐溶液向木材内部的渗透过程进行了模拟研究。结果说明：盐溶液主要通过径向导管和横向具缘纹孔两种途径渗透入木材内部，由于渗透速率的不同，使得木材中磁性粒子的数量与木材浸泡的时间呈正相关，且铁盐浸泡6d后得到的样品磁化强度最高，到达0.08emu/g。关键词：磁性材料复合木材制备原位反应功能材料中图分类号：TQ46文献标识码：A文章编号：1672-37912
2、02104c-0185-05随着科技水平的提高，人们的日常生活中已离不开电子产品，随之产生的电磁辐射和电磁干扰也越来越大，给人们的日常生活和电子器件造成了不可防止的损害。因此，电磁波屏蔽材料逐渐成为研究热点1-3。在过去的几年中，磁性吸波材料得到广泛研究。其中，四氧化三铁Fe3O4作为一种同时具有介电损耗magneticloss和磁损耗dielectricloss的典型磁介电材料，由于其高电阻率和低本钱的特点，逐渐成为一种极具吸引力的电磁波吸收材料4-5。而木材作为一种环境友好型材料，其具有高强重比、令人亲近的颜色花纹以及易于加工成型等优点。将其与磁性材料相结合，制备磁性木材复合材料，生产出便
3、于日常使用的电磁屏蔽材料如家装、家具以及电子设备外壳等，已经成为目前电磁屏蔽材料的重要研究方向。1992年，H.Oka等人首次发表了磁性木材制备方法的专利【6】。目前比较常用的磁性木材制备方法主要有3种：浸透法、粉体法8和涂布法8。这些方法都需要事先制备磁流体，且前期工艺复杂，多涉及高温、高压等苛刻的制备条件，本钱较高，且具有不确定性。另外，由于受到磁流体中磁性颗粒尺寸以及木材本身結构的影响，很难实现在成品中磁性颗粒的均匀分布。而粉体法还会破坏木材原有的纹理结构并影响其力学性能。这些缺点都限制了磁性木材在实际生活中的应用。该文利用盐溶液相较于磁性颗粒更容易渗透入木材体内部的优点，先将杨木浸泡于
4、FeCl2/FeCl3的混合溶液中，然后在碱性环境下使渗透在木材内部的铁离子发生共沉淀反应，从而在木材内部生成磁性粒子，得到磁性木材。同时，运用comsol软件分析了浸渍过程中盐离子进入木材的动力学过程，研究浸渍时间对磁性木材中磁性颗粒的分布情况以及由此产生的对其磁性的影响。1试验材料及方法1.1试验材料杨木Populusspp.板材：取自于安徽阜阳，初始含水率10%以下。FeCl36H2O、FeCl24H2O和NH3H2O均购置于Sigma-Aldrich公司。1.2磁性木材的制备磁性木材的制备流程如图1所示，具体如下。1杨木单板的预处理。将杨木单板加工成80mm80mm3mm，经超声波清洗
5、器清洗后放入枯燥箱中枯燥过夜。2用FeCl2/FeCl3溶液浸泡单板。以每升水溶解FeCl36H2O120.00g，FeCl24H2O44.14g的比例配制铁盐溶液，将杨木块分别浸渍在溶液中1d、3d和6d。之后，分别取出并在流动水源下冲洗掉外表残留的溶液，然后在75真空枯燥箱中枯燥1d。3氨水处理单板。将枯燥过的木板置于25%的氨水中浸渍1天，并再次在流动水源下冲洗，以去除外表残留的氨水溶液，然后在75真空枯燥箱中枯燥1d。1.3磁性木材表征及性能测试环境扫描电子显微镜分析：使用切片机REM-710，Yamato对杨木试样切片厚5m，使用环境扫描电子显微镜Quanta200，荷兰FEI公司对
6、切片外表进行形貌观察，放大倍数分别为20000倍和40000倍，并使用EDSmapping模式分析木材切面外表元素分布。振动样品磁强计VibratingSampleMagnetometer，VSM分析：使用美国EastChangingTechnologies公司的LakeShore7404振动样品磁强计对真空枯燥处理后的木材粉末磁性样品80mg进行磁性测量。1.4comsol模拟1模型建立。对木材进行建模，设置木材厚度为3mm，长为40mm，宽为40mm模型即将杨木试样四等分，取1/4，如图1所示。2网格划分。采用特细的网格划分，如图2所示。3控制方程。考虑含四氧化三铁的溶液为稀物质，而木块为
7、多孔介质，因此选取多孔介质稀物质传递方程，表达式如下。2结果与讨论2.1浸泡时间对饱和磁化强度的影响图3为铁盐浸渍不同时间得到的磁性木材样品的磁滞回线图。从图3中可以看出，样品的饱和磁化强度随着铁盐浸渍时间的增加而增加，说明样品的磁化强度与木材的浸泡时间呈正相关。而磁化强度与磁性粒子在磁性木材中的含量以及分布情况有关。2.2磁性木材中磁性颗粒的分布情况图4是样品照片及扫描电镜微观形貌图。a，b，c分别为铁盐浸渍1d，3d和6d后制备得到的样品。随着浸泡时间的增加，木材的颜色逐渐加深。同时，通过扫描电镜结果我们可以发现，随着浸泡时间的增加磁性木材中的磁性颗粒的量明显增多，且更加均匀。这与样品宏观
8、的外表颜色的变化趋势相吻合，说明浸泡时间对木材中磁性粒子的含量是有影响的，适当延长浸泡时间有助于提高木材中的磁性粒子的含量。而磁性粒子含量的增加，是磁性木材磁性提高的主要原因如图3。從图4中我们还可以发现，1d样中磁性粒子成团簇状，主要分布在磁性木材中的具缘纹孔附近，这一现象说明，铁盐除了可以通过导管渗透进入木材体内，还可以通过木材中的具缘纹孔进行渗透。为了进一步研究铁盐渗透进入木材的动力学过程，以及两种渗透途径在铁盐浸渍过程中发挥的作用，我们对其进行comsol动力学模拟分析。2.3comsol模拟分析图511是运用comsol软件模拟得到的，铁盐溶液在木材体内渗透的动力学过程图。从图中可以
9、看出，随着时间的增加，铁盐分别通过纵向导管和横向具缘纹孔两个方向渗透进入木材体内。同时，铁盐的分布区域逐渐扩大，进入木材体内的量也逐渐提高。另外，从图中可以看出，其横向和纵向的渗透速率有明显的差异，这主要是由于木材本身的结构特征决定的。研究发现，木材中具缘纹孔的渗透率要远低于导管的渗透率。通过comsol的模拟图像，还可以看出，浸泡时间对木材中铁盐的分布有影响，在适当范围内，延长浸泡的时间，铁盐的含量增多且分布趋于均匀。其最终生成的磁性颗粒也会随之增加，分布趋于均匀，有利于磁性木材本身磁性的提高。3结语1经该文中的方法可以制得具有一定磁性的磁性木材，并且其饱和磁化程度随其在盐溶液中处理的时间的
10、增加而增强。2磁性颗粒前驱体，铁盐在木材内部的渗透通过横向具缘纹孔和纵向导管两种方式实现，前者的渗透效率低于后者。参考文献【1】R.BYang，P.MReddy，C.JChang，etal.SynthesisandcharacterizationofFe3O4/polypyrrole/carbonnanotubecompositeswithtunablemicrowaveabsorptionproperties：RoleofcarbonnanotubeandpolypyrrolecontentJ.ChemicalEngineeringJournal，2021，285：497-507.【2】杨文
11、麟，董胜奎，刘本东.电磁波吸收材料J.电子质量，20217：43-44.【3】杨文麟.电磁波吸收材料的研制及开展动向J.电子质量，20216：71-72.【4】JLiu，JCheng，RChe，etal.SynthesisandMicrowaveAbsorptionPropertiesofYolkShellMicrosphereswithMagneticIronOxideCoresandHierarchicalCopperSilicateShellsJ.ACSAppliedMaterialInterfaces，2021，57：2503-2509.【5】JLiu，RChe，HChen，etal.
12、MicrowaveAbsorptionEnhancementofMultifunctionalCompositeMicrosphereswithSpinelFe3O4CoresandAnataseTiO2ShellsJ.Small，2021，88：1214-1221.【6】HOka，AHojo，KSeki，TTakashiba.WoodconstructionandmagneticcharacteristicsofimpregnatedtypemagneticwoodJ.JournalofMagnetismandMagneticMaterials，2021，239：617-619.【7】HOka，AHojo，HOsada，etal.ManufacturingmethodsandmagneticcharacteristicsofmagneticwoodJ.JournalofMagnetismandMagneticMaterials，2021，2722：2332-2334.