多维度还原铁粉及其复合材料吸波性能的研究

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从日常通讯到军事上的信息作战,电磁波都发挥了巨大的作用。可是电磁波的广泛应用也引发了电子污染,不仅危害人体健康,还会导致信息传输的紊乱。因此开发一种可以高效吸收电磁波的吸波材料成为当前研究的热点。现阶段羰基铁粉是应用广泛的一种吸波材料,但是存在价格贵、制造工艺不环保等缺点。因此本文致力于在使用成本低和制作过程环保的还原铁粉替代羰基铁粉的基础上,改善铁粉存在的阻抗匹配差和抗氧化性差等缺点。首先,不同维度铁粉的电磁参数差异显著,本文制备了片状还原铁粉和纳米铁线,对比了线、片和球型铁粉吸波性能的差异。其次,对铁粉进行包覆是增强其抗氧化性、优化阻抗匹配、增加损耗机制以及提高界面极化效果的有效途径。本文以还原铁粉和纳米铁线为基体,对二者包覆SiO2和碳,制成复合材料分析了吸波性能的改变。本文致力于获得轻质、高效而且实用价值高的吸波材料,主要进行了以下研究:(1)首先通过氢气还原法还原矿粉制得不同粒径的球形还原铁粉,与同等粒径下的球形商用羰基铁粉进行比较,并使用高能球磨法将二者球磨成片状。研究发现,同等球形粒径下的还原铁粉和羰基铁粉的吸波性能较差。其中片状还原铁粉在涂层厚度为2.59 mm,频率为9.6 GHz时最低反射损耗-56.4 dB,其中反射损耗小于-10 dB的有效吸收频段为7.7~12 GHz,带宽4.3 GHz;片状羰基铁粉在厚度为2.63 mm,频率8.4 GHz时最低反射损耗-43.0 dB,有效吸波频段6.9~10.1 GHz,带宽3.2 GHz。作为吸波材料,还原铁粉的吸波效果较羰基铁粉更好。(2)通过高能球磨湿法和氧化还原法分别制成片状还原铁粉和纳米铁线并分析吸波性能。以球形还原铁粉为原料放入高能球磨机中球磨,研究发现球磨转速为240 r/min,球磨时长10 h制备的片状还原铁粉在涂层厚度为2.59 mm,频率9.6 GHz时,最小反射损耗-56.4 dB,有效吸波频段7.7~12 GHz,带宽4.3 GHz;以FeCl3·6H2O和NaBH4为原料合成纳米铁线。实验表明当蠕动泵转速为60 r/min,FeCl3·6H2O和NaBH4的质量比为0.6:0.2时合成的纳米铁线在涂层厚度1 mm,频率为17.8 GHz时最低反射损耗-47.3 dB,有效吸波频段为16.2~18.0 GHz,带宽1.8 GHz。片状还原铁粉对电磁波以磁损耗为主,纳米铁线是对电磁波是磁损耗和介电损耗同时发挥作用的复合损耗。(3)使用溶胶凝胶法和水热法分别对样品包覆SiO2和碳并研究吸波性能的变化。片状还原铁粉添加1.5 mL TEOS包覆SiO2后在涂层厚度为1.6 mm,频率为16.7 GHz时最低反射损耗-38.4 dB,有效吸波频段为13.4~18 GHz,带宽4.6 GHz;对纳米铁线添加0.8 mLTEOS包覆SiO2后,在涂层厚度为1.37 mm,频率16.7 GHz时最低反射损耗达到-39.6 dB,有效吸波频段14.9~18 GHz,带宽3.1 GHz;片状还原铁粉添加0.3 g葡萄糖包覆碳层后在涂层厚度为1.8 mm,频率15.3 GHz时最低反射损耗达到-39.1 dB,有效吸波频段12.3~17.8 GHz,带宽5.5 GHz;最后对片状铁粉使用溶胶凝胶法包覆SiO2以后,再通过水热法包覆碳层,双层包覆后的样品在涂层厚度为1.86 mm,频率为14.6 GHz时最低反射损耗可以达到-72 dB,其中反射损耗低于-10 dB的有效吸波频段为11.8~16.8 GHz,带宽5 GHz。对样品包覆以后有效缩减了涂层厚度,扩展了有效吸波频宽,综合提高了吸波效果。
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