一维核壳结构四氧化三铁基复合材料的制备及其吸波性能研究

来源 :淮北师范大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:l_zhanghk
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随着电磁技术的不断发展,各种电子通信设备如智能手机、个人电脑等的普及使得信息的即时传输和获取越来越快捷,这极大的方便了人们的日常生活。但是,这些设备工作时不可避免的会产生严重的电磁辐射问题。微波吸收材料可以减少电磁辐射对人体、精密电子仪器和国防安全的危害而受到了人们持续而广泛的关注。作为一种重要的磁性材料Fe3O4对电磁波兼具介电损耗和磁损耗,是目前的吸波材料研究的热点之一。但是,单一组分和结构的Fe3O4密度大、介电损耗较小和阻抗匹配特性差等缺点限制了其在吸波领域的进一步应用。本文从复合材料的组分及结构出发,利用简单合理的方法成功制备了几种一维核壳结构的Fe3O4基复合吸波材料并研究了复合材料的组成、形貌、电磁参数与吸波性能之间的关系。主要研究内容以及研究成果如下:1.为了进一步增加Fe3O4的介电损耗能力并且提高其化学稳定性,利用简单的水热法通过控制水热反应的时间以及原料的投料比一步合成不同壳层厚度的Fe3O4/酚醛树脂(PFR)纳米链。将得到的Fe3O4/PFR纳米链进一步在氮气保护下高温退火得到一维核壳结构的Fe3O4/C纳米链。该复合材料表现出出色的吸波性能,对于原料比为1:2的Fe3O4/C复合材料,其最佳的反射损耗达到-45.5 dB,匹配厚度仅为2.4 mm。该复合材料的吸波性能的提升主要是由于其特殊的一维核壳结构以及碳包覆层的介电损耗与Fe3O4磁损耗之间的有效互补。2.根据一维Fe3O4/C核/壳纳米链的合成方法。通过外部磁场诱导组装方法和随后的使用PFR作为碳源进行高温碳化,成功制备了一维Fe3O4/C核/壳纳米棒。并系统地研究了外部磁场对Fe3O4/C复合材料微波吸收性能的影响,复合材料的电磁参数表明,这种特殊一维核壳结构对其介电性能的提升起着至关重要的作用。在厚度为1.6 mm时最佳吸收峰可达到-44.1 dB,低于-10 dB的有效吸收带宽为2.7 GHz(从11.6至14.3 GHz)。3.为了提高α-Fe的阻抗匹配特性,通过简单的两步溶剂热法合成了同轴异质的一维核壳结构α-Fe@Fe3O4纳米链复合材料。首先在室温下采用液相还原的方法制备一维的α-Fe纳米链,一维核壳结构α-Fe@Fe3O4纳米链复合材料通过随后的氧化过程制备。通过调控反应时间(t=0 h,2 h,4 h),控制Fe3O4氧化层的厚度。利用同轴反射/传输技术测量了α-Fe@Fe3O4纳米链复合材料在频率1.0-18GHz范围内的电磁参数。当溶剂热反应时间为2 h时,α-Fe@Fe3O4(2 h)纳米链复合材料在Ku波段具有良好的吸波性能,在16.4 GHz处其最小反射损耗达到-25.6 dB,有效吸收带宽为3.6 GHz,值得一提的是,如此优异性能的样品匹配厚度仅为0.8 mm。链状α-Fe@Fe3O4核壳复合材料如此出色的吸波性能主要是归因于复合材料特殊的核壳结构和良好的阻抗匹配。总之,本文从阻抗匹配以及介电损耗和磁损耗协同效应的角度出发,采用简单易操作、低成本、可控的制备方法制备了几种具有一维核壳结构的磁性Fe3O4基复合吸波材料并系统的研究了其吸波性能。研究表明,特殊的核壳结构在很大程度上提高了“核芯”材料的阻抗匹配特性和增加了纳米粒子的界面极化。同时,一维形貌的高长径比也有利于减小趋肤现象的产生增加复合材料沿轴向消散电磁波的能力。本论文的开展为一维核壳结构磁性Fe3O4基吸波材料的研究提供新的思路。
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