【摘要】：研制高效新型微波吸收與屏蔽材料是減少電磁污染、保護環(huán)境的有效途徑。電磁參數(shù)(s-ε'-jε'.μr=μ'-jμ")和阻抗匹配是決定材料吸收性能的關(guān)鍵因素。這些參數(shù)取決于吸收劑的形態(tài)、結(jié)構(gòu)、尺寸、組成、表面、界面和電磁耦合的協(xié)同作用。層片狀異質(zhì)結(jié)構(gòu)納米復合材料因其高的比表面積、大的形狀各向異性、表面和界面,而具有高的介電常數(shù)和磁導率,在電磁屏蔽和微波吸收領(lǐng)域備受關(guān)注。為此,本文以膨脹石墨(EG)為基底設(shè)計和制備了不同組成、形貌、尺寸、表面和界面的EG/Fe/Fe3O4、EG/Fe3O4納米環(huán)、C/鐵氧體(Co,Ni,Zn,Fe)納米晶超結(jié)構(gòu)、EG/C/鐵氧體納米晶超結(jié)構(gòu)等碳磁復合材料,揭示了尺寸、組成和形貌調(diào)控機理,探究了磁性粒子的形態(tài)、尺寸、組成、表面與界面對電磁作用機制和微波吸收增強機理。主要研究內(nèi)容如下:1.EG/Fe/Fe3O4復合材料的可控合成與電磁性能采用化學氣相沉積法,通過改變Fe(CO)5體積(δ)制備了不同組成和表面形態(tài)的EG/Fe/Fe304復合材料。實驗結(jié)果表明:隨著δ從1 mL增加到4 mL,Fe和Fe304的含量分別在0～6.64%和0～81.84%范圍內(nèi)增加;在δ=1～3 mL時Fe/Fe3O4納米顆粒在EG表面形成草莓狀結(jié)構(gòu),在δ = 4 mL時Fe/Fe3O4納米顆粒在EG表面形成致密的顆粒膜。由于Fe304和Fe含量的增加,Ms值因耦合和空間限域效應(yīng)的增強而逐漸增大;由于形狀各向異性和晶體尺寸的協(xié)同效應(yīng),歷值逐漸降低。草莓狀表面的EG/Fe/Fe304復合材料(S1-S3)比純EG和具有致密顆粒膜表面的復合材料(S4)具有更高的磁導率、介電常數(shù)和微波吸收率。具有草莓狀表面的復合材料(S3)在7.84GHz的最小RL值為-41.6dB,RL≤20 dB(99%吸收率)頻率范圍為15.7GHz。這項工作為設(shè)計和合成“寬帶-輕質(zhì)”微波吸收劑提供了重要的指導。2.EG/Fe3O4納米環(huán)復合材料的組成和尺寸的調(diào)控及其電磁特性通過溶劑熱-表面改性-燒結(jié)法制備了 EG/Fe3O4納米環(huán)(NR)復合材料,以突破Snoek極限的限制。采用XRD,EDX,XPS,FESEM,TEM,STEM和拉曼光譜表征了樣品。改變前驅(qū)物的質(zhì)量、尺寸和EG球磨時間可以方便地調(diào)控Fe3O4NR含量、Fe3O4形狀、填充質(zhì)量分數(shù)、NR和EG尺寸。復合材料具有可控的飽和磁化強度,介電常數(shù)和磁導率顯著增加。性能研究表明:適量的Fe3O4含量(6.38wt.%～22.12wt.%)、大EG尺寸和大NR尺寸有利于提高磁導率和介電常數(shù)。這是由于易面各向異性、高磁化強度(Ms)、微流誘導等離子共振以及微流誘導電磁耦合的協(xié)同作用。特別是,與純EG和Fe3O4NR相比,復合材料表現(xiàn)出輕質(zhì)、寬帶和強吸收的特性。我們發(fā)現(xiàn)含29.82%(重量)Fe3O4的復合材料展現(xiàn)了最佳的微波吸收特性:在8.56 GHz處的最小RL值為-45.8 dB,RL≤-20dB頻率范圍為12.97 GHz,質(zhì)量分數(shù)為10wt.%。這項工作為設(shè)計和合成具有高Snoek極限,寬頻帶和輕質(zhì)的微波吸收劑提供了重要指導。3.碳支撐鐵氧體納米晶超結(jié)構(gòu)的組裝與電磁特性研究以金屬-油酸鹽絡(luò)合物作為前驅(qū)體,硫酸鈉鹽粉末作為犧牲模板,采用一步自組裝法合成了二維碳/鐵氧體納米晶超結(jié)構(gòu)(C/鐵氧體納米晶超結(jié)構(gòu),EG/C/鐵氧體納米晶,MxFe3-xO4,M=Co,Ni,Zn,Fe)。研究了油酸鈉的含量、水的體積、老化時間、老化溫度、煅燒升溫速率、煅燒溫度、不同模板、尖晶石鐵氧體和摻入膨脹石墨對樣品的組成、尺寸和形貌的影響。調(diào)控鐵氧體組成、尺寸能有效地調(diào)節(jié)樣品的靜磁性能。樣品的Ms 值按以下順序減小:EG/C/y-Fe2O3(SO)EG/C/CoFe2O4(S14)EG/C/NiFe2O4(S15)EG/C/ZnFe2O4(S16);而Hc值按以下順序減小:EG/C/CoFe2O4(S14)EG/C/y-Fe2O3(S0)EG/C/NiFe2O4(S15)EG/C/ZnFe2O4(S16)。與 EG,EG/y-Fe2O3和 EG/C/ZnFe2O4相比,EG/C/y-Fe2O3,EG/C/NiFe2O4和EG/C/CoFe2O4超結(jié)構(gòu)具有優(yōu)異的微波吸收特性。EG/C/CoFe2O4復合物在13.9 GHz處,最大反射損耗為-49.85dB,厚度為1.3mm,其吸收帶寬(RL≤-20dB)為15.0GHz(2.0～17.0GHz)。這種優(yōu)異的微波吸收特性是由于碳支撐鐵氧體納米晶的異質(zhì)超結(jié)構(gòu),具有高介電常數(shù)、較強的電磁損耗和阻抗匹配。
【圖文】：

圖２．１樣品（Ｓ１－Ｓ４）的ＸＲＤ圖譜。逡逑Ｆｉｇ邋２．１邋ＸＲＤ邋ｐａｔｔｅｒｎｓ邋ｏｆ邋ｔｈｅ邋ａｓ－ｏｂｔａｉｎｅｄ邋ｓａｍｐｌｅｓ邋（Ｓ１－Ｓ４）．逡逑通過ＸＲＤ表征分析了樣品的物相和晶粒尺寸（圖２．１）。在１０％邋２杉９０°范圍內(nèi)，，逡逑？對應(yīng)于磁性［６３0４［＞０１０５邋６５－３１０７］的衍射峰位置［４５］，０對應(yīng)于膨脹石墨（￡０）［；＾：？０５逡逑６５－６２１２］的衍射峰位置［２５］，ｖ對應(yīng)于金屬Ｆｅ［ＪＣＰＤＳ邋０６－０６９６］的衍射峰位置。在２０＝２５．３°逡逑處的峰是邋ＥＧ邋的特征峰位置。在邋２０邋＝邋３０．１。，３５．１。，３６．８。，４２．７。，５３．４°，５７．２°和邋６２．７°處逡逑的峰分別對應(yīng)Ｆｅ３0４的（２２０），（３１１）邋，邋（２２２），（４００），（４２２），（５１１）和（４４０）逡逑晶面，沒有出現(xiàn)其他的雜質(zhì)峰。所得的樣品由ＥＧ、Ｆｅ和Ｆｅ３0４組成。膨脹石墨（ＥＧ）逡逑的衍射峰尖而窄，表明ＥＧ的結(jié)晶性良好。隨著加入Ｆｅ（ＣＯ）５的量增加，Ｆｅ和Ｆｅ３0４的逡逑衍射峰逐漸尖銳化，膨脹石墨的衍射峰卻逐漸減弱。這種變化通常與磁性部分的含量，逡逑結(jié)晶度和晶體尺寸的增加有關(guān)。我們用Ｈａｌｌ－Ｗｉｌｌｉａｍｓｏｎ方程計算了樣品的平均晶粒尺寸逡逑（Ｄ）（表２．３）。在３＝４邋ｍＬ時晶粒尺寸Ｄ顯示最大值為３２．５邋ｎｍ。我們的數(shù)據(jù)表明

隨著加入的Ｆｅ（ＣＯ）５體積從０邋ｍＬ增加到４邋ｍＬ，邋Ｃ原子百分比在ｄ邋＝邋０？２邋ｍＬ處緩逡逑慢下降，在３邋＝邋２邋￣４ｍＬ處急劇下降；而Ｆｅ原子百分比在＜５邋＝邋０？２邋ｍＬ緩慢升氋，在３逡逑＝２邋￣４ｍＬ時急劇X椉櫻ㄍ跡玻玻猓�。痘浗条曲蠂银行拟合，分兵z雜α礁霾煌牟６義獻嚷�，揭示了邋Ｃ和；Ｆｅ原子百分含量与Ｆｅ（ＣＯ）５体积之紲Z墓叵�。辶x媳恚玻臣尤氬煌寤疲澹ǎ茫希靛澹ɑ玫玫降難罰ǎ櫻埃櫻矗┑淖槌珊途泊判閱堋ｅ義希裕幔猓歟邋澹玻沖澹牛媯媯澹悖翦澹錚駑澹疲澹ǎ茫希簀澹觶錚歟酰恚邋澹ǎ剩╁澹錚鑠澹簦瑁邋澹悖錚恚穡錚螅椋簦椋錚鑠澹幔睿溴澹螅簦幔簦椋沐澹恚幔紓睿澹簦椋沐澹穡潁錚穡澹潁簦椋澹簀澹錚駑澹螅幔恚穡歟澹簀澹ǎ櫻埃義希櫻矗義希沖危校瑁幔螅邋澹悖錚睿簦澹睿媯ǎ鰨簦ィ╁危灣危儒

本文編號：2628799