【摘 要】
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镍、钴具有耐腐蚀、熔点高、强磁性等优良性能,被列为战略物质。随着我国大型含镍含钴矿床的发现和开发,我国镍钴工业得以建立并得到蓬勃发展;对镍、钴人工合成和天然矿物材料的研究开发是提高镍钴附加值的重要途径,也是发展战略性新兴产业的需要。镍、钴矿物材料由于其优异的物理化学性质而广泛用于微波吸收领域。研究表明,晶体结构的不同会带来吸波性能的巨大差异。因此,本文利用溶剂热法和氢还原法制备Ni/衍生异质结构,
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镍、钴具有耐腐蚀、熔点高、强磁性等优良性能,被列为战略物质。随着我国大型含镍含钴矿床的发现和开发,我国镍钴工业得以建立并得到蓬勃发展;对镍、钴人工合成和天然矿物材料的研究开发是提高镍钴附加值的重要途径,也是发展战略性新兴产业的需要。镍、钴矿物材料由于其优异的物理化学性质而广泛用于微波吸收领域。研究表明,晶体结构的不同会带来吸波性能的巨大差异。因此,本文利用溶剂热法和氢还原法制备Ni/衍生异质结构,水热法制备核壳Co@CoO微棒,通过XRD、XPS、SEM等手段对不同温度下制备的镍和钴矿物材料进行表征,并对其磁性与电磁参数进行了测量,同时探究了镍(钴)精矿及其与镍和钴高纯物复合的微波吸收性能,具体内容如下:(1)在氢气气氛下,通过可控氢还原方法成功合成了由Ni,NiO和Ni(OH)2组成的多孔二维海绵状Ni/衍生异质结构。在氢气流下600℃(Ni-600)制备的Ni/衍生异质结构的晶粒尺寸比500℃与700℃大,可以获得较高的磁性能和磁损耗,这有利于提高微波吸收性能。对于50wt%Ni-600样品,在7.1GHz时Ni-600的最小反射损耗(RL)为-37.3dB;而厚度为1.5-4.5mm时,有效带宽(RL<-10dB,90%微波耗散)在4.5-18.0GHz的范围内;此外,本材料呈现独特的多孔2D异质薄片结构。通过研究发现,由于多孔薄片会引起多次的反射和散射、结构中的界面极化、多孔结构中的可调阻抗匹配等现象;2D薄片结构会引起的强自然共振,并且在单层薄片中存在大量微电容器结构,这些都是导致Ni-600微波吸收性能增强的原因。具有高介电损耗和磁损耗的高衰减能力以及良好的阻抗匹配是实现本材料微波吸收性能优异的关键,因此,本研究为设计新型电磁波吸收材料提供了理论支撑。(2)水热法制备了独特蓬松的Co/CoO微棒人工复合矿物材料,得到的样品Co和CoO之间具有不同重量比。Co含量对Co/CoO微棒复合材料的微波吸收性能有着显著的影响。随着Co含量的增加,导电损耗逐渐增加,相应的改善其微波吸收性能,在700oC下制备的蓬松Co/CoO微棒复合材料(Co57),最佳反射损耗(RL)为-21.7dB,厚度为2.3mm,有效吸收带宽(RL低于-10dB)可达到6.1GHz以上。同时制备了具有不同Co57含量的石蜡/Co57复合材料,当含有40wt%Co57的石蜡基复合材料显示出优异的微波吸收性能。通过密度泛函理论计算(DFT)来评估不同Co/CoO复合材料的电子结构,以描述微波吸收变化,当Co量逐渐增加时,导电性增强,影响产品的介电性能,因此,从电子结构的角度解释了实验获得的样品的微波吸收性能的差异。为利用吸收剂的电子结构预测微波吸收性能铺平了新的道路。(3)通过以1:4比例在Ni(NiO)与Co(CoO)分别添加实际矿山选矿厂镍精矿与钴精矿,研究镍(钴)精矿及其与镍(钴)高纯物复合的微波吸收性能。结果表明:镍(钴)精矿的微波吸收性能较差,且随着镍(钴)精矿与镍(钴)高纯物复合材料样品中镍(钴)精矿品位与纯度的增加,样品的微波吸收性能逐渐增强;可以判断样品的微波吸收性能与实际精矿的品位或物种的纯度密切相关,对实际精矿进行再次精选或提纯是必要的。
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