几种含钴电磁吸波材料的制备及其吸波性能研究

来源 :北京理工大学 | 被引量 : 3次 | 上传用户:zhrwudi
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电磁屏蔽和电磁吸波对于保障电子设备正常工作,优化人们生活环境,尤其是在军事领域对提高我方军事装备战场生存能力具有重要的意义和价值。本文以磁性金属Co为基本材料,成功制备了纳米空心Co粒子、Co管、Fe@air@Co粒子、Fe@Co粒子、空心Co@Fe双壳层粒子、空心Co@SiO2双壳层粒子和微米FeCoNiCrAlx高熵合金粉末,研究探讨了其在218GHz电磁波频段内的电磁吸波性能,完成了以下研究内容。(1)以所制备的Fe粒子和Fe链为模板,在其表面镀覆Co层,利用Fe和Co电极电位的不同,以酸溶除Fe核,制备出了平均直径约为280nm、壳层厚度约为32nm的空心Co粒子和平均直径约为113nm、管壁厚度约为28nm的Co管。该制备方法简单易行,可快速制备较大量的纳米级空心Co粒子和Co管。(2)研究了空心Co粒子和Co管的电磁吸波性能。当空心Co粒子和Co管在吸波涂层样品中填充比为40wt.%时,Co管因比表面积较大而界面极化作用较强、介电损耗较大,使其最大反射损耗值(-42.5dB)高于空心Co粒子(-30.4dB),但二者最大反射损耗值对应的有效吸波频宽均较窄。当空心Co粒子和Co管的填充比为60wt.%时,较长的Co管易在吸波涂层中形成连续导电网络,弱化界面极化,介电损耗低于空心Co粒子,导致其电磁吸波性能较差。对厚度为1.5mm的涂层,Co管的最大反射损耗值仅为-14.0dB,对应有效吸波频宽为2.9GHz,空心Co粒子的最大反射损耗值则高达-41.7dB,对应有效吸波频宽为3.2GHz。(3)为拓展吸波材料有效吸波频宽,制备了界面极化类型更多的Fe@Co粒子、Fe@air@Co粒子。研究对比了Fe@Co粒子、Fe@air@Co粒子和空心Co粒子的电磁吸波性能,当Fe@Co粒子、Fe@air@Co粒子和空心Co粒子在吸波涂层样品中填充比均为70wt.%时,空心Co粒子因密度小,在吸波涂层样品中体积分数和界面面积最大,界面极化作用最强,因此最大反射损耗值最大,为-45.06dB(涂层厚1.7mm);在吸波涂层中体积分数和界面面积居第二的Fe@air@Co粒子最大反射损耗值其次,为-42.75dB(厚1.6mm);Fe@Co粒子最大反射损耗值最小,为-22.02dB(厚1.4mm)。因引入与Fe核相关的界面极化,较空心Co粒子有效吸波频宽2.5GHz,Fe@air@Co粒子的有效吸波频宽拓展为4.1GHz,Fe@Co粒子的有效吸波频宽拓展为3.2GHz。(4)设计制备了界面极化类型和界面面积均多于空心Co粒子的空心Co@Fe双壳层粒子。由于Fe壳和Co壳间界面及其极化的引入,当吸波涂层样品中粒子填充比为60wt.%时,空心Co@Fe双壳层粒子(Fe/Co=1:1)的最大反射损耗值为-47.30dB,对应有效吸波频宽为5.0GHz,相应涂层厚为1.5mm,均优于空心Co粒子(60wt.%,-41.7dB,3.2GHz,1.5mm)。通过对Fe/Co原子比为1:1的空心Co@Fe双壳层粒子扩散热处理获得了空心FeCo合金粒子。由于Fe、Co原子扩散消除了Fe壳与Co壳间界面极化,降低了其对电磁波的吸收。当空心FeCo合金粒子在吸波样品中填充比为60wt.%时,其最大反射损耗值为-23.68dB,有效吸波频宽为2.8GHz,相应涂层厚1.3mm,其电磁吸波性能明显低于空心Co@Fe双壳层粒子。此表明界面极化对吸波性能有显著影响。(5)以非导电材料SiO2包覆空心Co粒子,制备了空心Co@SiO2双壳层粒子。因SiO2层对电磁波反射作用弱,较空心Co@Fe(Fe/Co=1:1)双壳层粒子,空心Co@SiO2双壳层粒子阻抗明显降低,可使更多电磁波进入其中而被衰减。当空心Co@SiO2双壳层粒子在吸波涂层样品中填充比为60wt.%时,空心Co@SiO2双壳层粒子(Si/Co=1:9)的最大反射损耗值为-58.94dB(对应涂层厚1.4mm),优于空心Co@Fe双壳层粒子的最大反射损耗值-47.30dB(对应涂层厚1.4mm)。对应于空心Co@SiO2双壳层粒子最大反射损耗值的有效吸波频宽为4.7GHz,与对应于空心Co@Fe双壳层粒子最大反射损耗值的有效吸波频宽5.0GHz相差不大。(6)首次研究了高熵合金粉末的电磁吸波性能。采用球磨法制备了FCC和BCC双相结构的片状FeCoNiCrAlx(x=0,0.5,1.0,1.5,2.0)高熵合金粉末,当吸波涂层样品中高熵合金粉末填充比为50wt.%时,FeCoNiCrAl0.5高熵合金粉末的阻抗最小,电磁衰减常数最大,最大反射损耗达到-37.32dB,有效吸波频宽为3.0GHz,相应涂层厚为2.3mm。改变FeCoNiCrAl0.5高熵合金粉末填充比分别为40wt.%、50wt.%、60wt.%和70wt.%,填充比为60wt.%时获得的最大反射损耗值最大,为-44.60dB,有效吸波频宽为3.4GHz,对应涂层厚1.2mm。此表明可将高熵合金粉末作为电磁吸波材料而开展进一步的研究。(7)首次探索了真空强磁场退火对磁性吸波材料电磁吸波性能的影响。分别对FeCoNiCr高熵合金粉末进行700℃真空退火和700℃真空强磁场(10T)退火,发现当该高熵合金粉末在吸波涂层样品中填充比为40wt.%时,真空强磁场退火可使该高熵合金粉末的最大反射损耗值由真空退火的-32.58dB(涂层厚6.0mm)提高到-60.96dB(5.8mm),当填充比为60wt.%,最大反射损耗值可由-47.33dB(涂层厚2.3mm)提高到-55.12dB(涂层厚2.5mm)。(8)制备了FeCoNiCrAl0.8高熵合金粉及相应成分的非晶合金粉。当二者在吸波涂层样品中填充比均为70wt.%时,高熵合金粉末获得较大的最大反射损耗值,为-41.8dB,有效吸波频宽为4.7GHz,涂层厚2.3mm,均高于非晶粉末(-25.5dB,3.6GHz,1.7mm)。
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