磁性納米復(fù)合材料的原位制備及其電磁性能研究.pdf

1、隨著信息工程的迅猛發(fā)展，開發(fā)吸收頻帶寬、厚度薄、吸收能力強(qiáng)、質(zhì)量輕的電磁吸收材料已經(jīng)引起世界各國的關(guān)注。納米材料，特別是磁性納米金屬材料，由于具有獨(dú)特的光、電、磁等物理學(xué)性能，成為材料領(lǐng)域的研究重點(diǎn)。然而，一方面，磁性納米金屬由于本征磁性和大比表面積，容易引起團(tuán)聚，從而難以實(shí)現(xiàn)其與電磁波的充分交互作用，體現(xiàn)不出很好的吸波性能；另一方面，單一的磁性金屬材料環(huán)境穩(wěn)定性差，且對電磁波的耗散能力有限，很難滿足高性能電磁波吸收材料的要求。這些都大

2、大限制了磁性納米金屬材料在吸波等領(lǐng)域的應(yīng)用研究。鑒于此，本論文擬采用原位復(fù)合的方法，選擇具有不同電磁波損耗機(jī)制的材料作為分散介質(zhì)，在控制納米磁性金屬顆粒尺寸大小、保證良好分散及其穩(wěn)定性的同時(shí)，賦予材料更多的電磁耗散機(jī)制，提高復(fù)合材料的吸波性能。通過系統(tǒng)研究材料組成、制備條件等因素對復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)、性能的影響，實(shí)現(xiàn)對材料性能的調(diào)控，制備具有理想性能的電磁吸波材料。具體研究內(nèi)容和結(jié)果如下：
　　1.以六水硝酸鎳為鎳源，蔗糖為碳源，將二

3、者按照一定比例混合均勻，得到前驅(qū)體。然后，在氫氬混合氣氛中，將前驅(qū)體高溫碳化還原，一步得到Ni-C復(fù)合納米材料。結(jié)果表明，復(fù)合納米材料中，鎳納米顆粒均勻的分布在碳基體中，且隨著鎳比例的升高，鎳納米顆粒的尺寸增加。這是因?yàn)檎崽窃诟邷靥蓟^程中所形成的碳對Ni納米顆粒的生長和團(tuán)聚起到了很好的抑制和隔離作用。通過對產(chǎn)物的磁性和電磁性能研究，結(jié)果表明：前驅(qū)體比例對Ni的尺寸及復(fù)合材料的磁性和電磁性能具有很大的影響，通過優(yōu)化前驅(qū)體比例，可以得到電

4、磁吸波性能很好的碳鎳復(fù)合材料。例如，樣品N5，當(dāng)吸波層厚度為4mm時(shí)，在4.16GHz處是最大反射損耗可達(dá)-39.98dB,反射損耗在2.28-6.56GH，8.32-10.88GHz范圍內(nèi)均小于-10dB，表明是一種它是一種理想的電磁吸波材料。
　　2.鑒于碳和鎳材料都具有較好的導(dǎo)電性能，不利于實(shí)現(xiàn)復(fù)合材料與空間的阻抗匹配特性，在上述工作基礎(chǔ)上，通過在碳鎳體系中引入透波材料SiO2，研究SiO2對復(fù)合材料磁性和電磁性能影響。作為

5、一種絕緣的透波材料，SiO2的引入增加電磁波在復(fù)合材料內(nèi)部的通過路徑，有利于電磁波的進(jìn)入復(fù)合材料內(nèi)部，因此有利于保障吸波劑與電磁波之間充分的交互作用。研究結(jié)果表明，適當(dāng)比例SiO2的加入可以起到進(jìn)一步提高納米鎳顆粒的分散，調(diào)控Ni納米顆粒尺寸的作用，但過量SiO2的引入會降低復(fù)合材料中有效吸波劑的比例而影響復(fù)合材料整體的吸波性能。在SiO2的含量為0.3ml的條件下(S-0.3)，當(dāng)復(fù)合材料吸波層厚度為5mm時(shí)，在14.16GH處最大R

6、L值可達(dá)-32.3dB，顯示其對入射電磁波的吸收可達(dá)99％以上，說明得到的復(fù)合材料具有優(yōu)異的吸波性能。
　　3.通過液相還原法制備Ni/SiO2復(fù)合物，將其作為前驅(qū)體于流動的NH3氣氛中，利用氮化鎳的熱分解性能，通過調(diào)節(jié)氮化溫度和氮化時(shí)間得到了一系列不同氮化程度的Ni3N/SiO2復(fù)合納米材料以及不同比例的Ni-Ni3N/SiO2納米復(fù)合材料，并對其進(jìn)行了磁性和電磁性能的研究。結(jié)果表明，純相Ni3N是一種典型的介電損耗材料，不具有