婁志超，孫晉強(qiáng)，陸弘毅，蔡家斌，鄒璟，李星，孫照斌，何海文

(1.南京林業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，南京210037；2.東南大學(xué)生物材料與器件重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，南京210096；3.河北農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)院，河北保定071001；4.如海建材有限公司, 杭州310000)

浸漬法制備磁性木材的磁性和電磁波吸收性能

婁志超1,2，孫晉強(qiáng)1，陸弘毅1，蔡家斌1，鄒璟1，李星1，孫照斌3，何海文4

(1.南京林業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，南京210037；2.東南大學(xué)生物材料與器件重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，南京210096；3.河北農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)院，河北保定071001；4.如海建材有限公司, 杭州310000)

研究了通過浸漬法制得的磁性木材產(chǎn)物不同部位對(duì)產(chǎn)物中磁性物質(zhì)的分布、磁性和電磁波吸收性能的影響。利用金屬鹽離子尺寸小、在木材中滲透性優(yōu)于納米顆粒的特點(diǎn)，將經(jīng)過預(yù)處理的木材先后浸漬于三價(jià)鐵和二價(jià)鐵的混合溶液以及氨水溶液中，通過化學(xué)共沉淀的方法在木材中原位制備Fe3O4納米顆粒，從而得到磁性木材。對(duì)樣品成分和結(jié)構(gòu)進(jìn)行紅外光譜和X射線衍射光譜分析；將環(huán)境掃描電子顯微鏡與EDS mapping模式聯(lián)用研究樣品中磁性顆粒的分布；使用振動(dòng)樣品磁強(qiáng)計(jì)對(duì)所得樣品的磁性進(jìn)行了測(cè)量；并使用網(wǎng)絡(luò)矢量分析儀對(duì)楊木試樣的電磁波吸收能力進(jìn)行了測(cè)試。鐵鹽浸漬液中Fe3+和Fe2+的物質(zhì)的量之比為2∶1，氨水質(zhì)量分?jǐn)?shù)為25%，浸漬液通過導(dǎo)管傳輸和紋孔滲透兩種方式進(jìn)入木材內(nèi)部，最終生成磁性顆粒。磁性顆粒的粒徑在13 nm左右，磁性木材不同部位的鐵含量按照角、邊和中心的順序依次遞減，角部位的磁性強(qiáng)度最高，為24.75 emu/g，而中心部位僅為1.64 emu/g。同時(shí)，不同部位的磁矯頑力均較大，分別為137.60(中心)，28.15(邊)和10.11 Oe(角)，表明制得的磁性木材改變了原來磁性顆粒(Fe3O4)的軟磁性特征，為硬磁材料。此外，它們?cè)?.0 GHz處的電磁波吸波強(qiáng)度分別為-0.63(中心), -3.93(邊)和-17.12 dB(角)。采用鐵鹽與氨水逐步浸漬和原位共沉淀的方法可以成功制備磁性木材。在固定的浸漬液配比濃度和鐵鹽浸漬時(shí)間下，磁性木材內(nèi)部不同部位所含磁性顆粒的量按中心、邊和角的順序逐漸增加，分布更加均勻，相應(yīng)的磁性逐漸增強(qiáng)。同時(shí)，制得的磁性木材為硬磁材料，但從磁性木材的中心部位到邊和角部位呈現(xiàn)出向軟磁材料轉(zhuǎn)變的趨勢(shì)。而制得的磁性木材不同部位電磁波吸收性能按中心、邊和角的順序逐漸增強(qiáng)。鐵鹽浸漬6 d得到的3 mm厚磁性木材的角部位電磁波吸收能力最強(qiáng)，且對(duì)5.0 GHz波段的電磁波吸收性能滿足吸波材料的要求。

磁性木材；電磁波吸收劑；原位；共沉淀

磁性木材是一種新型的具有磁特性的木材[1-2]，磁性木材作為一種生物質(zhì)復(fù)合材料，既保留了木材原有的紋理和低密度、容易加工成型等優(yōu)點(diǎn)，還因Fe3O4等磁性材料的加入而具有其他特殊的性質(zhì)。例如，在移動(dòng)電話、局域網(wǎng)和家庭機(jī)器人等無線電子設(shè)備應(yīng)用快速增長的時(shí)代[3]，為了使人們的日常生活和生產(chǎn)免受電磁系統(tǒng)所產(chǎn)生的電磁波影響，迫切需要具有質(zhì)量輕、厚度薄、有效頻率寬和吸收能力強(qiáng)等特點(diǎn)的吸波材料[4-6]。Fe3O4作為一種同時(shí)具有介電損耗和磁損耗的典型磁介電材料[7-8]，與木材復(fù)合形成磁性木材，其高電阻率和低成本的優(yōu)點(diǎn)使其逐漸成為一種極具吸引力的電磁波吸收材料。

磁性木材目前的制造工藝仍然停留在浸漬法、粉體法以及涂布法的基礎(chǔ)上，這些方法雖然都可以使木材獲得較好的磁特性，但都需要先制備磁流體，前期工藝復(fù)雜，且多涉及高溫高壓等苛刻的制備條件[9-10]。高洪林等[11]根據(jù)金屬鹽離子尺寸小、在木材中滲透性優(yōu)于納米顆粒的特點(diǎn)，利用原位化學(xué)合成法制備出Fe3O4/云杉木復(fù)合材料，并對(duì)該復(fù)合材料的磁性以及材料中磁性顆粒分別在導(dǎo)管和木纖維中的微觀分布進(jìn)行了研究，然而，對(duì)于磁性顆粒在產(chǎn)物中的宏觀分布情況，以及產(chǎn)物的不同相對(duì)位置(角、邊和中心)對(duì)磁性和電磁波吸收特性的影響未做細(xì)致分析。

筆者使用原位共沉淀法，將經(jīng)過預(yù)處理的楊木試樣先后在三價(jià)鐵和二價(jià)鐵的混合溶液以及氨水溶液中浸漬，在木材中原位制備Fe3O4納米顆粒，得到磁性木材，并對(duì)磁性木材的成分、形貌、磁性和電磁波吸收特性進(jìn)行分析，重點(diǎn)研究磁性顆粒在產(chǎn)物不同相對(duì)位置(角、邊和中心)中的分布情況，以及由此產(chǎn)生的對(duì)所得磁性木材上述性能的影響。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

楊木(Populusspp.)板材取自安徽阜陽，初始含水率10%以下，制成80 mm×80 mm×3 mm的木塊備用。FeCl3·6H2O、FeCl2·4H2O和NH3·H2O均購自Sigma-Aldrich公司，分析純。去離子水由Barnstead Nanopure Diamond Laboratory水系統(tǒng)提供。

1.2 磁性木材的制備

將在超聲波清洗機(jī)中超聲震蕩洗滌2 h后的楊木試樣置于電熱鼓風(fēng)干燥箱(DHG-9245A型，上海一恒科學(xué)儀器有限公司)中60℃干燥至含水率低于12%，將干燥后的楊木試樣置于FeCl3·6H2O(0.45 mol/L)和 FeCl3·6H2O(0.90 mol/L)的混合溶液中浸漬6 d。取出試樣并用去離子水充分沖洗表面，除去樣品表面殘留的鐵鹽，再置于60℃的真空干燥箱(DZF-6050型，上海一恒科技有限公司)中干燥12 h。將干燥后的試樣浸入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為25%的氨水溶液中孵育12 h。反應(yīng)結(jié)束后，取出楊木試樣并用去離子水充分清洗表面后，置于60℃的真空干燥箱中干燥12 h。

1.3 樣品處理、表征及性能測(cè)試

1.3.1 樣品處理

由于木材為多孔結(jié)構(gòu)，不僅含有自上而下的導(dǎo)管，纖維細(xì)胞之間還可以通過細(xì)胞壁上的具緣紋孔相互進(jìn)行物質(zhì)交換。當(dāng)木材浸泡在鐵鹽中時(shí)，鐵離子和亞鐵離子首先通過木材試樣角和邊部的導(dǎo)管滲透進(jìn)入木材空隙中，之后再通過具緣紋孔向木材中心擴(kuò)散。試樣取出干燥后，鐵鹽存留在木材中，在氨水浸入后，與其發(fā)生反應(yīng)原位生成磁性顆粒。因此，磁性顆粒在木材中的分布與鐵鹽在木材中的滲透情況以及木材試樣的相對(duì)位置(角、邊和中心)密切相關(guān)。

為了研究木材試樣不同相對(duì)位置中磁性顆粒的分布情況，以及由此產(chǎn)生的對(duì)磁性木材磁性和電磁波吸收性能的影響，首先將80 mm×80 mm×3 mm的木材試樣進(jìn)行九等分(圖1)，具體方法為：取一根8 cm長的線并折成S形，兩端分別與彎曲的地方對(duì)齊進(jìn)行三等分，再用三等分后的線在木塊邊緣對(duì)照取點(diǎn)，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)木材試樣的九等分。九等分后可得3種不同相對(duì)位置(角、邊和中心)的試樣，再使用切片機(jī)(REM-710型，Yamato公司)和中藥粉碎機(jī)(FW135型，天津泰斯特公司)分別對(duì)磁性木材試樣進(jìn)行切片(厚5 μm)和充分粉碎(經(jīng)149 μm濾網(wǎng)篩選)，備用。

圖1 磁性木材九等分示意圖Fig. 1 Schematic diagram of the nine parts of the magnetic wood

1.3.2 樣品成分分析與形貌表征

1)X射線衍射光譜(X-ray diffraction，XRD)分析。XRD譜圖由Bruker D8 ADVANCE X-ray diffractometer獲得，使用銅Kα輻射(λ=0.154 178 nm，掃描電壓40 kV，掃描電流40 mA，掃描范圍2θ=10°～80°)。

2)環(huán)境掃描電子顯微鏡分析。采用環(huán)境掃描電子顯微鏡(Quanta 200型，荷蘭FEI公司)觀察切片表面形貌，放大倍數(shù)分別為2萬倍和4萬倍，并使用EDS mapping模式分析木材切面表面元素分布。

3)鄰二氮菲分光光度法測(cè)定磁性木材中的Fe3O4含量。分別取磁性木材不同部位樣品粉末1 g，超聲分散在1 L去離子水中。取50 μL待測(cè)樣于50 mL容量瓶中，加入2 mL鹽酸(6 mol/L)，超聲30 min使其徹底解離為鐵離子；加入1 mL氯化羥氨(質(zhì)量分?jǐn)?shù)10%)，將容量瓶中所有的鐵離子還原為亞鐵離子；隨后依次加入2 mL的鄰二氮菲(質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.1%)和2 mL氫氧化鈉(6 mol/L)，調(diào)節(jié)pH至溶液變?yōu)槌燃t色；再加入5 mL NaAc-HAc緩沖液(pH 5.0)，并用去離子水定容。最后，利用紫外可見光分光光度計(jì)測(cè)量其在510 nm處的吸光度，該吸光度值與磁性木材中鐵元素的量成正比。

1.3.3 樣品磁性能和電磁波吸收性能測(cè)試

1)振動(dòng)樣品磁強(qiáng)計(jì)(vibrating sample magnetometer，VSM)分析。采用美國East Changing Technologies公司的Lake Shore 7404型振動(dòng)樣品磁強(qiáng)計(jì)測(cè)量真空干燥處理后的磁性木材粉末樣品(80 mg)的磁性。

2)電磁波吸收(reflection loss，RL)性能測(cè)定。將質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%的磁性木材粉末與石蠟充分混合，并壓制成外徑7 mm、內(nèi)徑3.04 mm的環(huán)形樣品；使用網(wǎng)絡(luò)矢量分析儀(ENA Series Network Analyzer E5063A，美國Keysight公司)和7 mm粗、49.96 mm長的同軸線測(cè)定樣品的磁導(dǎo)率和介電常數(shù)，測(cè)試范圍為1～18 GHz；之后，通過該儀器自帶的軟件分別計(jì)算ε′、ε″、μ′和μ″；最后，通過公式(1)和(2)計(jì)算得到樣品對(duì)電磁波的吸收能力與電磁波頻率之間的關(guān)系曲線[12]：

Zin=Z0(μr/εr)1/2tan h[j(2πfd(μrεr)1/2/C)]

(1)

RL=20lg|(Zin-Z0)/(Zin+Z0)|

(2)

式中：Zin為楊木試樣的輸入阻抗；Z0為自由空間的特征阻抗(377 Ω)；h為普朗克常數(shù)；f為電磁波頻率；d為楊木試樣的厚度；C為光速。εr(εr=ε′-jε″)和μr(μr=μ′-jμ″)分別為楊木試樣的介電常數(shù)和磁導(dǎo)率[13]。

圖2 未處理?xiàng)钅竞痛判阅静牡腦RD圖譜Fig. 2 XRD curves for untreated poplar wood and magnetic wood

2 結(jié)果與分析

2.1 磁性木材的成分分析

未處理?xiàng)钅竞痛判阅静牡腦RD譜圖見圖2。未處理?xiàng)钅竞痛判阅静脑?6.0°和22.5°附近均出現(xiàn)了明顯的X射線衍射峰，分別代表了楊木木材纖維素晶體(100)和(002)結(jié)晶面[14]，這表明磁性木材制備工藝中對(duì)楊木試樣的處理不會(huì)影響楊木基材的晶胞結(jié)構(gòu)。磁性木材在30.0°，35.3°，43.0°，53.4°，56.9°和62.5°出現(xiàn)了新的特征峰，分別對(duì)應(yīng)磁性木材中反尖晶石型晶體結(jié)構(gòu)Fe3O4的(220)、(311)、(400)、(422)、(511)和(440)晶面[15]。因此，本試驗(yàn)在楊木內(nèi)部成功生成了磁性顆粒(Fe3O4)，形成了磁性木材這一生物質(zhì)復(fù)合材料。

根據(jù)XRD譜中(311)晶面衍射峰的半高寬，利用Scherrer公式D=Kλ/(βcosθ)(其中：D為晶粒的平均直徑；K為形狀因子，0.89；λ=0.154 06 nm；β表示垂直于[311]晶面族方向衍射峰的半寬高)，可計(jì)算出磁性木材中磁性顆粒的平均粒徑為13.4 nm。

2.2 磁性木材中磁性顆粒的分布情況分析

a)磁性木材宏觀圖；b)磁性木材角部位切片的高分辨原子力成像圖以及三維圖；c)原子力圖中磁性顆粒的高度分布圖；d)、e)、f)分別為磁性木材中心、邊和角部位的SEM圖像；g)、h)、i)分別為圖d)、e)、f)的EDS mapping鐵元素分布圖圖3 磁性木材中磁性顆粒含量和分布情況Fig. 3 The content and distribution of magnetic particles in magnetic wood

經(jīng)過鐵鹽和氨水浸漬后制得的磁性木材中磁性顆粒含量和分布情況如圖3 所示。圖3a為磁性木材的宏觀實(shí)物圖，其顏色偏暗、偏黑，主要是由于木材中存在磁性顆粒。圖3b為磁性木材角部位切片的高分辨原子力圖像，從圖中可以清楚地看出，導(dǎo)管管壁已填充滿致密排列的球形磁性顆粒。圖3c為原子力圖像中磁性顆粒的高度統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，結(jié)果顯示，磁性顆粒的平均高度為(13.15±0.02)nm，該結(jié)果與XRD數(shù)據(jù)得出的磁性顆粒尺寸基本一致。圖3d、3e和3f分別為磁性木材中心、邊和角部位的徑切面樣品SEM圖像，圖3g、3h和3i分別為圖3d、3e和3f對(duì)應(yīng)的EDS mapping鐵元素分布情況成像圖，從以上圖中可以看出，F(xiàn)e3O4以顆粒和顆粒團(tuán)簇的形式分布于木材中。同時(shí)，從圖3d中可以看出，按照本試驗(yàn)制得的磁性木材，其中心部位生成的磁性顆粒較少，且零星分布在木材空隙中，對(duì)應(yīng)的鐵元素分布也較為稀疏(圖3g)。磁性木材邊部位生成的磁性顆粒較多(圖3e)，角部位生成的磁性顆粒最多，且基本覆蓋整個(gè)導(dǎo)管管壁(圖3f)，對(duì)應(yīng)的鐵元素分布也非常密集，該數(shù)據(jù)與原子力顯微鏡成像數(shù)據(jù)基本一致。

對(duì)所得的磁性木材不同位置的鐵元素進(jìn)行了鄰二氮菲分光光度法測(cè)量，結(jié)果如圖4所示。從磁性木材角部位得到的木粉，其鄰二氮菲測(cè)試時(shí)510 nm處的吸收峰最高，表明其中鐵元素含量最高，邊部位鐵元素含量次之，中心部位最低，該結(jié)果與SEM的結(jié)果一致。這主要是由于鐵鹽在浸漬過程中，首先到達(dá)木材試樣的角和邊這兩個(gè)區(qū)域，之后通過導(dǎo)管和纖維細(xì)胞壁的具緣紋孔滲透至木材的中心部位。因此，鐵鹽浸漬受到具緣紋孔的紋孔膜構(gòu)造和導(dǎo)管侵填物的影響，使得到達(dá)木材試樣中心部位的鐵鹽少于木材試樣角和邊這兩個(gè)部位。而浸漬的鐵鹽是在木材細(xì)胞空隙中原位復(fù)合的磁性顆粒中鐵元素的主要來源，因此，磁性木材中磁性顆粒的分布是不均勻的，其含量與被浸漬木材試樣中的相對(duì)位置有關(guān)，表現(xiàn)為中心部位生成的磁性顆粒最少，而角部位生成的磁性顆粒最多。通過調(diào)節(jié)鐵鹽浸漬時(shí)間，或者通過減壓、加壓分別浸漬鐵鹽的方法取代單純的鐵鹽常壓浸漬方法，可以控制鐵鹽在木材內(nèi)部的浸漬量，使其分布更均勻，并使后續(xù)原位生成的磁性顆粒分布更均勻，這將是磁性木材未來制備的一個(gè)方向。

圖4 磁性木材中不同部位的鐵含量Fig. 4 The iron content in different parts of the magnetic wood

2.3 材料的磁性能

磁性木材部位的不同會(huì)直接影響磁性顆粒在木材內(nèi)的含量和分布，對(duì)磁性木材的磁性具有很大影響。 磁性木材試樣不同部位的室溫磁滯回線見圖5。磁性木材角、邊和中心部位的磁性有較大差異，其中，角部位的磁性最強(qiáng)，飽和磁化強(qiáng)度可達(dá)24.75 emu/g，中心部位磁性最弱，僅為1.64 emu/g。這種飽和磁化強(qiáng)度由角到中心逐漸降低的趨勢(shì)，與磁性木材不同部位中磁性顆粒的含量變化規(guī)律一致。磁滯回線在X軸上的截距代表磁性木材的磁矯頑力，其大小反映了磁性材料保存剩磁狀態(tài)的能力。按照磁矯頑力的大小一般將磁性材料分為硬磁材料和軟磁材料，納米級(jí)Fe3O4的磁矯頑力很小，可認(rèn)為是超順磁軟磁材料。但從圖5可以看出，F(xiàn)e3O4與楊木復(fù)合而成的磁性木材，其不同部位的磁矯頑力均較大，分別為137.60(中心)，28.15(邊)和10.11 Oe(角)，這表明制得的磁性木材改變了原來磁性顆粒(Fe3O4)的磁性特征，成為硬磁材料。這主要是由于磁性顆粒在木材中成簇狀分布，且木材內(nèi)部空隙環(huán)境影響了原位生成的磁性顆粒尺寸。此外，磁性木材的磁矯頑力由中心部位到邊和角逐漸減小，呈現(xiàn)出向軟磁材料轉(zhuǎn)變的趨勢(shì)，這主要是由于隨著磁性顆粒在木材中分布更加均勻且含量增加，使得磁性木材的角部位逐漸體現(xiàn)出Fe3O4的磁性特征。

圖5 磁性木材不同部位的VSM圖譜Fig. 5 The VSM curves of different parts of the magnetic wood

圖6 楊木試樣與3 mm厚磁性木材不同部位對(duì)電磁波的吸收性能曲線Fig. 6 The reflection loss curves of poplar wood specimen and different parts of the 3 mm thick magnetic wood

2.4 磁性木材不同相對(duì)位置對(duì)電磁波吸收性能的影響

楊木試樣與3 mm厚磁性木材的不同部位分別在2～18 GHz波段對(duì)電磁波的吸收性能曲線見圖6。Fe3O4與楊木復(fù)合而成的磁性木材，其電磁波吸收性能較楊木試樣有了較大的提高，并且電磁波吸收能力由磁性木材的中心部位到邊和角逐漸增強(qiáng)。在較低頻段區(qū)域(2～9 GHz)，磁性木材試樣的角、邊和中心3個(gè)部位具有不同的最大吸收波段；但在較高波段區(qū)域(9～18 GHz)，磁性木材3個(gè)不同部位在10.0，11.5，15.0和17.0 GHz分別有4個(gè)較明顯的吸收峰。這表明磁性木材吸收電磁波的性能不僅受到內(nèi)部磁性顆粒含量的影響，還受到磁性顆粒在木材內(nèi)部分布規(guī)律的影響。

根據(jù)國際通信聯(lián)盟無線電通信局定義的ISM(industrial scientific medical)波段，5.0 GHz為各國無線局域網(wǎng)和藍(lán)牙等無線網(wǎng)絡(luò)(LAN)的共同ISM頻段。磁性木材試樣3個(gè)不同部位在5.0 GHz波段的電磁波吸波強(qiáng)度分別為-0.63(中心)，-3.93(邊)和-17.12 dB(角)。通常，材料的RL值小于-10 dB就表明有90%的電磁波能量被轉(zhuǎn)化，該材料符合作為電磁波吸收材料的要求[8]。因此，飽和鐵鹽溶液浸漬6 d后制得的磁性木材，其中心和邊部位在5.0 GHz波段均沒有理想的電磁波吸收強(qiáng)度，但是該磁性木材的角部位滿足電磁波吸收材料的要求。電磁波吸收性能在浸漬法所得磁性木材不同部位的差異性，主要是由于隨著磁性木材中磁性顆粒的含量增加和分布越來越均勻，角部位的磁性木材產(chǎn)生了更好的介電損耗和磁損耗效果。

2.5 磁性木材厚度對(duì)電磁波吸收性能的影響

根據(jù)傳輸線理論，磁性材料對(duì)電磁波的吸收性能可以通過公式，在試驗(yàn)確定的介電常數(shù)和磁導(dǎo)率基礎(chǔ)上計(jì)算得到。通過浸漬、原位共沉淀法制得的磁性木材，計(jì)算出的角部位(厚度分別為1，2，3，4和5 mm)在2～18 GHz波段對(duì)電磁波的吸收性能見圖7。隨著磁性木材厚度的增加，其電磁波吸收性能逐漸增強(qiáng)，最大吸收強(qiáng)度為5 mm厚磁性木材的角部位在10 GHz附近對(duì)電磁波的吸波強(qiáng)度(-42.41 dB)。

圖7 不同厚度磁性木材角部位的電磁波吸收性能曲線Fig. 7 The reflection loss curves of different parts of the magnetic wood with different thickness

1，2，3，4和5 mm厚的磁性木材角部位試樣在5.0 GHz波段的電磁波吸波強(qiáng)度分別為-5.23，-10.80，-17.12，-24.61和-33.75 dB。因此，飽和鐵鹽溶液浸漬6 d后制得的磁性木材，其角部位在5.0 GHz波段的電磁波吸收強(qiáng)度隨著厚度的增大而增強(qiáng)，除1和2 mm厚的材料外，其余厚度的材料均滿足作為吸波材料的基本要求。從滿足作為電磁波吸收劑基本條件以及節(jié)約生產(chǎn)成本的角度考慮，經(jīng)過飽和鐵鹽混合溶液浸漬6 d，再經(jīng)原位共沉淀制得的磁性木材，其角部位區(qū)域(3 mm厚)具有作為生活用電磁波吸收劑的潛在應(yīng)用價(jià)值。

3 結(jié) 論

1)鐵鹽浸漬液中Fe3+和Fe2+的物質(zhì)的量之比為2∶1，氨水質(zhì)量分?jǐn)?shù)為25%，浸漬液通過導(dǎo)管傳輸和紋孔滲透兩種方式進(jìn)入木材內(nèi)部，最終生成磁性顆粒。磁性顆粒的粒徑在13 nm左右，磁性木材不同部位的鐵含量按照角、邊和中心的順序依次遞減，角部位的磁性強(qiáng)度最高，為24.75 emu/g，而中心部位僅為1.64 emu/g。

2)不同部位的磁矯頑力均較大，分別為137.6(中心)，28.15(邊)和10.11 Oe(角)，表明制得的磁性木材改變了原來磁性顆粒(Fe3O4)的軟磁性特征，為硬磁材料。但從磁性木材的中心部位到邊和角部位，呈現(xiàn)出向軟磁材料轉(zhuǎn)變的趨勢(shì)。

3)制得的磁性木材不同部位電磁波吸收性能按中心、邊和角的順序逐漸增強(qiáng)。鐵鹽浸漬6 d得到的3 mm厚磁性木材的角部位電磁波吸收能力最強(qiáng)，且對(duì)5.0 GHz波段的電磁波吸波強(qiáng)度為-17.12 dB，滿足吸波材料的要求。

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Fabrication of magnetic wood and its magnetic andelectromagnetic wave absorption properties

LOU Zhichao1,2, SUN Jinqiang1, LU Hongyi1, CAI Jiabin1, ZOU Jing1, LI Xing1, SUN Zhaobin3, HE Haiwen4

(1.CollegeofMaterialsScienceandEngineering,NanjingForestryUniversity,Nanjing210037,China;2.StateKeyLaboratoryofBioelectronics,JiangsuKeyLaboratoryforBiomaterialsandDevices,SoutheastUniversity,Nanjing210096,China; 3.CollegeofForestry,AgriculturalUniversityofHebei,Baoding071001,Hebei,China; 4.RuhaiConstructionMaterialCo.,Ltd.,Hangzhou310000,China)

Since ferric irons have good characteristics, such as smaller size and easier penetration into wood than nanoparticles, the pretreated wood was impregnated in the mixed solution of Fe3+and Fe2+, and followed by the impregnation in ammonia solution. The Fe3O4nanoparticles were prepared by theinsituco-precipitation method in the wood, and magnetic wood(Fe3O4/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 theinsituco-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 informal absorbing materials for electromagnetic wave at 5.0 GHz band and met the technical and economic requirements as an absorption material.

magnetic wood; electromagnetic wave absorber;insitu; co-precipitation

2016-12-04

2017-03-15

國家自然科學(xué)基金(61601227)；江蘇省自然科學(xué)基金(BK20160939)；江蘇省高校自然科學(xué)研究面上項(xiàng)目(16KJB180010)；速生楊木綠色集成技術(shù)研究與示范(1704a07020076)；南京林業(yè)大學(xué)大學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新訓(xùn)練計(jì)劃(2016NFUSPITP057)。

婁志超，男，講師，研究方向?yàn)槎喙δ苣静募吧飩鞲衅?。E-mail:zc-lou2015@njfu.edu.cn

S781.7

A

2096-1359(2017)04-0024-06