微納結(jié)構(gòu)四氧化三鐵復(fù)合材料的制備及吸波性能研究.pdf

1、隨著吉赫茲(GHz)頻率范圍的電磁波在無線通信領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，諸如電磁干擾、信息泄露等問題亟待解決。此外，軍事領(lǐng)域中的電磁隱身技術(shù)與導(dǎo)彈的微波制導(dǎo)需要，使得微波吸收材料受到持續(xù)而廣泛的關(guān)注。因此，迫切需要發(fā)展一種厚度薄、質(zhì)量輕、頻帶寬、強吸收的吸波材料。Fe3O4因具有高的磁導(dǎo)率、低毒、低成本且容易獲得等優(yōu)勢，被認為是最有可能成為在吉赫茲范圍內(nèi)使用的理想吸波材料。然而，傳統(tǒng)的Fe3O4用于吸波材料仍存在一些缺點，如密度大、吸波頻帶窄、吸

2、波強度不大等。因此，一些復(fù)合吸波材料已被提出，包括Fe3O4與介電材料復(fù)合、Fe3O4與導(dǎo)電聚合物復(fù)合、Fe3O4與碳納米管復(fù)合等。本論文主要目的是發(fā)展一種簡單的方法獲取尺寸、形貌可控的Fe3O4基微納結(jié)構(gòu)復(fù)合材料，研究復(fù)合材料的吸波性能，并探索吸波性能與材料組分、形貌之間的關(guān)系。取得的主要研究結(jié)果如下:
　　 (1)為了降低羰基鐵粉(carbonyl iron powders，CIP)的介電常數(shù)值以及渦流效應(yīng)，以提高微波吸收性

3、能，采用了簡單的水熱合成技術(shù)，通過控制反應(yīng)體系中的pH值(pH=12，13，14)，合成了核殼結(jié)構(gòu)CIP/Fe3O4復(fù)合材料。對pH值為13的產(chǎn)物(CIP/Fe3O4，pH=13)，在寬頻區(qū)獲得了強的微波吸收性能。當(dāng)其匹配厚度為2.0mm時，反射損耗低于-10dB的頻率范圍從8.7GHz一直到15.0 GHz，最大反射損耗峰達到-38.1dB。吸波性能遠遠超過了CIP和Fe3O4單一組分吸波劑所具有的吸波性能。這一優(yōu)異的吸波性能與這種特

4、殊核殼結(jié)構(gòu)同時具有高的磁損耗與適當(dāng)?shù)淖杩蛊ヅ溆嘘P(guān)。
　　 (2)為了實現(xiàn)輕質(zhì)強吸收的吸波性能，采用球磨和水熱合成兩步方法制備了片狀羰基鐵/Fe3O4復(fù)合材料。當(dāng)匹配厚度為3.0mm時，在pH值為12和13的反應(yīng)系統(tǒng)中得到的BMCI/Fe3O4復(fù)合材料，其最大反射損耗峰值分別達到-33.5dB和-28.2dB。與此同時，與上述CIP/Fe3O4復(fù)合材料相比，吸波劑的用量減少了一半，體積分數(shù)僅為20％。
　　 (3)采用簡單

5、的溶劑熱方法，合成了輕質(zhì)的空心微珠/Fe3O4復(fù)合材料(Hollow glass microspheres/Fe3O4，HGMs/Fe3O4)。所得復(fù)合材料呈現(xiàn)優(yōu)異的吸波性能。當(dāng)樣品厚度超過1.5mm時，出現(xiàn)強的吸收峰。對于反應(yīng)2h的樣品，在頻率6.0-11.8GHz頻率范圍內(nèi)反射損耗值低于-20dB。當(dāng)樣品厚度為3.0mm時，在7.3GHz處，最大反射損耗峰達到-36.2dB?？招奈⒅?Fe3O4復(fù)合材料具有優(yōu)異吸波性能，與這種空心結(jié)

6、構(gòu)限制電磁波在空腔里面，并導(dǎo)致其在空腔里面發(fā)生多次散射、多次反射和多次吸收有關(guān)。
　　 (4)為獲得輕質(zhì)的強吸波材料，采用溶劑熱法合成了多壁碳納米管/Fe3O4復(fù)合材料(multiwalled carbon nanotubes/Fe3O4，MWCNTs/Fe3O4)和碳球/Fe3O4復(fù)合材料(carbon spheres)/Fe3O4，CSs/Fe3O4）。對于MWCNTs/Fe3O4復(fù)合材料，當(dāng)復(fù)合材料中MWCNTs含量為40