Fe3O4基磁性材料的制備及其復(fù)合薄膜電磁性能研究.pdf

1、由于移動(dòng)電話、局域網(wǎng)、雷達(dá)系統(tǒng)等在GHz微波段應(yīng)用的增多，電磁干涉等電磁污染嚴(yán)重破壞了生態(tài)環(huán)境，威脅著人的健康，吸波材料的應(yīng)用是防止電磁污染、實(shí)現(xiàn)雷達(dá)隱身、電磁兼容的有效手段，因此制備性能優(yōu)越吸波材料具有深遠(yuǎn)的意義。將吸波劑制備成薄膜材料可以使吸波材料在原有吸波效果的基礎(chǔ)上具有薄膜的特性，在電磁屏蔽材料和超薄型雷達(dá)波吸收材料中有廣闊的應(yīng)用前景。
　　本論文旨在制備吸波性能優(yōu)越的磁性復(fù)合吸波薄膜，制備Fe3O4納米顆粒、一維納米鏈、

2、二維片狀及三維花狀結(jié)構(gòu)顆粒和不同比例的CoNi無(wú)定形合金顆粒；將鐵磁性的Fe3O4與Ni、Co、石墨復(fù)合，將Co包覆在空心微球表面；將鐵磁性顆粒均勻分散在有機(jī)載體中制備成吸波薄膜，研究外加磁場(chǎng)對(duì)薄膜吸波性能的影響，并采用阻抗匹配、吸收、反射三層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提高薄膜吸波性能。
　　顆粒的微觀形貌對(duì)材料的電磁性能具有很大影響，采用化學(xué)共沉淀法和乙二醇溶液回流法制備了不同形貌的Fe3O4顆粒，由于納米Fe3O4顆粒間存在的晶面間引力、靜電偶

3、極場(chǎng)導(dǎo)致的引力、范德華力、氫鍵等發(fā)揮作用的不同，因此，可以通過(guò)控制條件來(lái)實(shí)現(xiàn)Fe3O4零維納米顆粒、一維納米鏈狀顆粒、二維片狀和三維花狀顆粒形貌的可控制備。零維納米顆粒的粒徑小于超順磁臨界尺寸，超順磁性的納米Fe3O4顆粒的吸波性能較弱。鏈狀的Fe3O4由納米顆粒組裝成，長(zhǎng)徑比大于5，單個(gè)顆粒的尺寸小于單疇尺寸大于超順磁臨界尺寸以及形狀各向異性，使鏈狀Fe3O4具有較大矯頑力和剩余磁化強(qiáng)度，納米鏈狀Fe3O4較超順磁性Fe3O4納米顆粒

4、具有較好的吸波性能。納米Fe3O4顆粒在2-18GHz出現(xiàn)的介電馳豫主要是由固有電偶極子取向極化以及界面極化引起。粒徑越小的顆粒極化越明顯，介電常數(shù)越大。納米Fe3O4磁損耗機(jī)制主要包括疇壁共振和表面效應(yīng)。帶有孔結(jié)構(gòu)的花狀Fe3O4具有較大的表面各向異性和形狀各向異性，因此，花狀Fe3O4突破Snoek極限，μ"在3.0GHz取得自然共振峰?？捉Y(jié)構(gòu)和片層結(jié)構(gòu)的引入可有效調(diào)節(jié)材料的阻抗匹配特性，產(chǎn)生損耗封閉效應(yīng)，此外，頻散效應(yīng)，穩(wěn)定的介電

5、和磁損耗使花狀Fe3O4具有優(yōu)異的吸波性能，匹配厚度最薄達(dá)1.5mm，最強(qiáng)吸收達(dá)-47.4dB，在厚度為1.5-3.0mm之間吸收率大于-5dB(70％)的頻寬可達(dá)10GHz。制備無(wú)定形的納米雙球CoNi合金在Co與Ni比例為7:3時(shí)匹配厚度為1.2mm，最大吸收為-32.4dB，厚度在1.1-3.2mm間調(diào)節(jié)，可使樣品在3.6-17GHz范圍內(nèi)吸波大于-10dB(90%)。
　　采用水合肼和硼氫化鉀雙還原劑制備得到晶態(tài)Co與Fe

6、3O4復(fù)合材料，單還原劑硼氫化鉀制得無(wú)定形Co與Fe3O4復(fù)合材料，經(jīng)過(guò)熱處理無(wú)定形Co與Fe3O4復(fù)合材料主要變成晶相為面心立方α-Co和FeCo合金，形貌從納米顆粒變?yōu)榧{米棒狀結(jié)構(gòu)。復(fù)合材料的自然共振峰被調(diào)節(jié)到2-18GHz，因此復(fù)合材料吸波性能優(yōu)異，當(dāng)樣品厚度為1.2mm時(shí)，大于-10dB的吸收頻帶寬可達(dá)4.3GHz。
　　通過(guò)將鐵磁性無(wú)機(jī)粉體與氯丁橡膠復(fù)合制備成單層磁性復(fù)合薄膜，將自制的棒狀Co與FeCo合金和羰基鐵粉復(fù)合

7、，分散到氯丁橡膠中制備的單層薄膜厚度為0.44mm，取得最大吸收達(dá)-22.86dB，7.7-18.0GHz頻段大于-4dB吸收，大于-8dB吸收頻寬為5.6GHz。引入的外加平行磁場(chǎng)使薄膜平面內(nèi)兩個(gè)方向的磁各向異性明顯增大，但對(duì)薄膜的吸波性能基本沒(méi)有影響。垂直磁場(chǎng)能有效的減慢磁性顆粒的沉降速率，使薄膜的吸波性能提高，在無(wú)定形Co與Fe3O4和羰基鐵單層復(fù)合薄膜制備過(guò)程中引入垂直磁場(chǎng)，薄膜厚度僅為0.43mm，最大吸收達(dá)-15.61dB，