微米级钴颗粒的制备及其高频电磁动态响应与吸波性能研究

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随着电子设备在日常生活中日益普及给社会生产以及人们生活带来便捷的同时,其产生的电磁波不仅干扰其他电子设备而致其无法正常工作,同时也给人们的身体健康带来极大危害,另一方面,在现代战争中,电磁波探测、制导以及电磁干扰技术更是影响到战争胜负的重要因素。为满足民用以及军事领域的迫切需求,电磁吸波剂目前已成为科研工作者研究的热点问题。本研究以典型的磁性金属——钴作为研究对象,旨在探索其高频电磁动态响应特点、机理以及吸波性能规律,为电磁吸波和屏蔽材料的发展奠定一定的基础。本文所开展的研究工作及取得的成果主要为:(1)采用液相还原法制备了具有密排六方晶型以及以面心立方为主,兼有密排六方晶型、由纳米片组装而成的微米级片层花状钴颗粒,系统研究了硫酸钴浓度、反应温度、水合肼用量以及络合比等工艺参数对钴颗粒形貌以及晶体结构的影响,提出了钴颗粒片层花状形貌形成的机理。研究发现面心立方晶型为主的片层花状钴颗粒比饱和磁化强度明显高于密排六方晶型的片层花状钴颗粒,而其矫顽力则低于密排六方晶型的片层花状钴颗粒。测试结果显示密排六方晶型片层花状钴颗粒/石蜡样品和面心立方晶型为主的片层花状钴颗粒/石蜡样品具有不同的高频电磁动态响应谱,理论计算表明以面心立方晶型为主的片层花状钴颗粒具有更好的电磁吸波性能。密排六方晶型片层花状钴颗粒/石蜡样品在1~18GHz频段内的最大反射损耗值为-17.97dB,对应的涂层厚度为1.5mm,此时存在1~18GHz频段内该钴颗粒的最大有效吸波频宽为3.95GHz;面心立方晶型的片层花状钴颗粒/石蜡样品在1~18GHz频段内的最大反射损耗值为-54.90dB,对应的涂层厚度为1.5mm,此时该钴颗粒/石蜡样品存在1~18GHz频段内的最大有效吸波频宽为5.26GHz;(2)利用液相还原法制备了以面心立方为主,兼有少量密排六方晶型的微米级球形钴颗粒。依据该球形钴颗粒/石蜡样品的高频电磁动态响应谱进行的理论计算结果表明,该钴颗粒/石蜡样品在1~18GHz频段内的最大反射损耗值为-13.82dB,此时对应的涂层厚度为2mm。将球形钴颗粒600oC退火处理,其最大反射损耗值增加至-23.99dB,对应涂层厚度为1.6mm。对球形钴颗粒进行0h、4h、8h及12h的球磨处理,发现在1~18GHz频段内,球磨钴颗粒/石蜡样品的最大反射损耗值随球磨时间的延长而增大。当球磨时间为12h时,球磨钴颗粒/石蜡样品的最大反射损耗值高达-45.00dB,对应的涂层厚度为2mm。进而对不同球磨时间下的球形钴颗粒350oC退火处理,发现退火处理可有效增加球磨钴颗粒/石蜡样品的最大有效吸波频宽,经350oC退火处理的球磨8小时钴颗粒/石蜡样品的最大有效吸波频宽高达7.10GHz,而未经退火处理的球磨8小时钴颗粒/石蜡样品的最大有效吸波频宽仅为5.17GHz;(3)采用液相还原法制备以面心立方晶型为主,兼有密排六方晶型的微米级剑形片花状钴颗粒,系统研究了反应温度、氢氧化钠浓度以及络合比对微米级钴颗粒形貌的影响。依据剑形片花状钴颗粒/石蜡样品的高频电磁动态响应计算其反射损耗。研究表明,剑形片花状钴颗粒/石蜡样品在1~18GHz频段内的最大反射损耗值为-59.18dB,对应涂层厚度为1.4mm,此时有效吸波频宽为5.12GHz。将球形钴颗粒与剑形片花状钴颗粒混合,研究了混合比例对混合颗粒/石蜡样品的高频电磁动态响应谱的影响,并计算了剑形片花状钴颗粒的反射损耗,发现随混合钴颗粒中剑形片花状钴颗粒占比增加,混合钴颗粒/石蜡样品的反射损耗大体上呈现增加趋势;(4)对比研究了几种具有不同晶型和形貌的典型钴颗粒/石蜡样品的高频电磁动态响应谱,理论计算结果表明在相同条件下,采用面心立方晶型钴颗粒有利于提高钴吸波材料的电磁波最大反射损耗,拓宽其最大有效吸波频宽,采用具有空间伸展形貌的片层花状钴颗粒、剑形花状钴颗粒有利于获得更大的电磁波最大反射损耗。
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