标题:磁性材料的制备及电磁波吸收性能研究
导师:刘久荣
学号:200912317
作者:孔静
论文答辩日期:2012-05-22 00:00:00
学位名称:工学硕士
关键词:溶剂热合成法;镍花状结构;钴纳米多孔颗粒;八面体Fe3O4纳米晶;电磁波吸收
摘要: 电磁波吸收材料不仅是当今世界各国重点发展的军事高新技术之一, 同时在电子器件、信息传播、微波辐射防护等民用方面有日趋广泛的应用。然而,对于低厚度、低密度、宽频带电磁波吸收材料的研究仍需不断深入。磁性吸波材料是目前研究和应用得最多的一类材料,本文的研究侧重点在于新型纳微米Ni、Co金属磁性材料和Fe3O4铁氧体磁性材料的设计合成及其电磁波吸收性能的研究。通过合成多级结构纳微米磁性材料,利用其特殊的形貌特征及较大的各向异性值,提高电磁波吸收效率。基于这种思路,本论文制备了三种吸波材料并对其性能展开研究。 1. 以丙二醇作为溶剂,用聚乙二醇(PEG)和氢氧化钠(NaOH)作为辅助剂,通过溶剂热合成法一步合成大量均匀、具有花状结构的金属镍。利用扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)对产物的形貌进行分析,结果表明花状结构的金属镍是由厚度为10?40 nm的薄片聚集而形成的三维结构。文中解释了花状结构的形成机理,并通过实验进行了验证。通过对比实验,对NaOH,PEG,NaCl以及溶剂本身对产物最终形貌的影响进行了研究。磁性能测试表明花状结构镍具有较大矫顽力(332.3 Oe)。吸波测试结果表明,质量分数为50 wt%的花状结构金属镍的树脂基复合材料具有良好的电磁波吸收性能,反射损耗(RL)小于-20 dB时,吸波厚度为2.2?4.3 mm,吸波频率范围达到了5.2-11.7 GHz。良好的电磁波吸收性能与花状结构金属镍的形貌特征和较高的各向异性场密不可分。 2. 通过一种无需模板的合成方法制备海绵状金属钴纳米多孔颗粒。纳米多孔金属Co颗粒通过多孔的Co3O4前驱体得到。通过X射线衍射仪(XRD)、SEM、高分辨透射电子显微镜(HRTEM)、热重分析(TG)和N2吸脱附分析对合成过程中每个阶段的产物进行表征和分析,并在此基础上对Co纳米多孔结构的三步合成机理进行了阐述。电磁波吸收性能测试结果表明质量分数为65 wt%的多孔金属Co的树脂基复合材料具有良好的电磁波吸收性能,RL < -20 dB时,类菱形多孔钴在吸波厚度为1.05?1.5 mm时,吸波频率范围达到了12.8-18 GHz。类柱状多孔钴在吸波厚度为1.0?1.6 mm时,吸波频率范围达到了11.2-18 GHz。和其他结构金属Co的吸波性能相比,具有三维网络多孔结构的Co吸波性能大大提高,是一种具有很大应用前景的吸波材料。 3. 通过溶剂热反应法,以乙二醇(EG)作为溶剂,在PEG、NaOH等试剂的辅助作用下,合成了大量具有八面体形状的Fe3O4纳米晶,粒径尺寸为100–500 nm。实验方法简单可行,合成效率高。磁学性能测试结果表明,八面体Fe3O4纳米晶比普通多晶Fe3O4表现出较高的磁饱和强度和矫顽力。吸波测试结果表明,含有体积分数40 vol% Fe3O4的树脂基复合材料具有良好的电磁波吸收性能,RL < -20 dB时,吸波厚度为3.5?6.8 mm,吸波频率范围为2.0–4.3 GHz。当厚度为4.8 mm,频率为3.1 GHz时,反射损耗到达?47 dB。
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