Fe基磁性金属及其石墨烯复合吸波材料研究

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随着电子工业的高速发展,电磁辐射愈发严重,对人的身体健康和工厂电子设备造成了严重影响,吸波材料能够将电磁辐射转换为热能散失,从而有效削弱电磁辐射的危害。Fe基金属磁粉是一种优良的磁损耗型吸波材料,具有高磁导率高介电特性,片状Fe基金属可以突破Snoek限制而得到越来越广泛的重视。石墨烯(Graphene)是一种新型的平面晶体结构碳材料,氧化石墨烯(Graphene Oxide,GO)是石墨烯的一种重要衍生物,两者皆有较优异的力学性能、电学性能和热学性能。尤为重要的是,石墨烯和GO具有优良的导电性,其较高的介电常数使其可作为介电损耗型吸波基材。本文通过将Fe基金属磁粉分别与GO和还原氧化石墨烯(rGO)进行高能球磨,制备出GO/Fe基金属复合吸波材料和rGO/Fe基复合吸波材料,研究球磨时间以及偶联剂对其微观形貌、物相结构和电磁参量的影响;针对快淬NdFeCoB纳米复合吸波材料的吸波性能和稀土Nd掺杂量变化的关系进行研究。主要包括以下内容:(1)将GO分别与FeCoV和FeSiCr合金粉末进行球磨,制备得到GO/Fe基金属复合吸波材料,分析其微观形貌,物相结构和吸波性能。SEM结果显示,GO/Fe基金属复合吸波材料均呈现片状结构,且添加偶联剂的样品表面较为光滑。XRD结果显示复合吸波材料的相结构都呈现单一的α-Fe相。相同球磨条件下,GO/FeCoV复合吸波材料和FeCoV合金相比,具有较好的吸波性能,且反射损耗峰值向高频偏移。在GO/FeCoV复合吸波材料的四个样品中,添加偶联剂球磨1h的复合样品具有最佳吸波性能,在匹配厚度为1mm时,其反射损耗值达到-8.7dB,反射损耗小于-5dB的带宽达到3.9GHz(4.18.0GHz)。(2)采用抗坏血酸作为还原剂制备rGO,然后将rGO分别与FeCoV和FeSiCr合金粉末进行球磨处理,制备得到rGO/Fe基金属复合吸波材料。rGO均匀包覆在金属颗粒表面,复合材料呈现出具有一定厚度的片状颗粒。XRD结果显示复合吸波材料基本都呈现α-Fe体心立方结构。与金属磁粉相比,相同球磨条件下的rGO复合吸波材料具有较好的微波吸收性能,且吸收峰向高频段偏移。在rGO/FeCoV复合吸波材料的四个样品中,未添加偶联剂球磨2h样品的反射损耗峰值达到了-10.5dB(匹配厚度为1mm),反射损耗值小于-5dB的带宽达到了8.5GHz(5.814.3GHz)。(3)研究快淬NdxFe85-xCo4B11(x=3,5,7,9)纳米复合材料片状颗粒的物相结构,磁性能和微波吸收特性。XRD谱图分析表明,所有样品仅具有单一的α-Fe相。磁滞回线显示,NdxFe85-xCo4B11(X=3,5,7,9)合金样品有较高的饱和磁化强度和矫顽力,随着Nd含量的增加,饱和磁化强度(Ms)逐渐降低,矫顽力(Hc)则逐渐增加。且在218GHz频率范围内,随着Nd含量的增加,样品的复介电常数和复磁导率先增大后减小,纳米复合材料在218GHz范围内表现出优异的吸波性能,其中Nd9Fe76Co4B11样品在9.8 GHz时的最小反射损耗为-23.1dB(匹配厚度为2mm)。
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