表面包銀(中空)核殼復(fù)合粒子及其電磁屏蔽材料的研究.pdf

1、電磁屏蔽復(fù)合材料在民用及軍用領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，已經(jīng)成為民用防電磁波輻射和各國(guó)軍事裝備屏蔽等技術(shù)領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。本學(xué)位論文以Schelkunoff電磁屏蔽理論為基礎(chǔ)，針對(duì)現(xiàn)有電磁屏蔽填料存在密度大或屏蔽效能差等問題，設(shè)計(jì)并制備出銀包玻璃微珠核殼復(fù)合粒子、銀空心微球和銀包羰基鐵粉核殼復(fù)合粒子等電磁屏蔽填料；研究了制備工藝參數(shù)對(duì)銀包玻璃微珠核殼復(fù)合粒子和銀空心微球的微觀結(jié)構(gòu)的影響規(guī)律；尤其是系統(tǒng)地研究了銀包羰基鐵粉核殼復(fù)合粒子的微觀結(jié)構(gòu)和電

2、磁特性等屬性對(duì)復(fù)合材料屏蔽效能的影響規(guī)律，建立了導(dǎo)電導(dǎo)磁型屏蔽填料的化學(xué)制備技術(shù)；首次提出利用低溫?zé)崽幚砑夹g(shù)來改善屏蔽填料粒子的殼層和內(nèi)核之間的界面相容性，提高了Fe@Ag核殼復(fù)合粒子的電性能和電磁屏蔽效能。本論文各章的主要內(nèi)容如下：
　　 采用自組裝化學(xué)鍍銀技術(shù)制備了銀包玻璃微珠核殼粒子，詳細(xì)分析了其復(fù)合機(jī)理；建立了銀包玻璃微珠核殼復(fù)合粒子的化學(xué)制備技術(shù)；并研究了以該復(fù)合粒子為填料的屏蔽涂料的性能。結(jié)果表明：由于玻璃微珠上的巰

3、基與新生的銀納米粒子存在強(qiáng)烈的化學(xué)鍵合，故導(dǎo)致銀納米粒子能不斷定向地在模板表面沉積，并隨著反應(yīng)時(shí)間的延長(zhǎng)，銀晶核不斷地長(zhǎng)大，最終在玻璃微珠的表面鋪展，形成完整、致密的銀殼層。當(dāng)pH值為13.0、氨水濃度為100 mL/L、PVP濃度為10g/L、裝載量為10g/L以及反應(yīng)溫度為25℃時(shí)，制備出表面銀殼層包覆致密、均勻、核殼結(jié)構(gòu)完整的銀包玻璃微珠核殼復(fù)合粒子。該復(fù)合粒子的介電常數(shù)較包覆前大幅度提高；該電磁屏蔽涂料的導(dǎo)電性能均隨著填料的體積

4、分?jǐn)?shù)的增加而增加，在體積分?jǐn)?shù)達(dá)到25％時(shí)，其電阻率為4.0×10-3Ω·cm，同時(shí)該材料具有優(yōu)良的屏蔽性能，以及優(yōu)良力學(xué)性能和環(huán)境適應(yīng)性，這表明該類材料有望在電磁兼容方面具有較好的應(yīng)用前景。
　　 以銀包玻璃微珠核殼粒子為原料，采用化學(xué)腐蝕技術(shù)，制備了形貌和殼層結(jié)構(gòu)可控的銀空心微球；并詳細(xì)研究了銀空心微球屏蔽涂料的性能。結(jié)果表明：對(duì)銀空心微球的形貌以及銀殼層厚度的控制可通過調(diào)節(jié)反應(yīng)時(shí)間來實(shí)現(xiàn)。EDS分析表明該空心微球的成分為銀，

5、且不含其他雜元素；該空心微球是面心立方結(jié)構(gòu)的單質(zhì)銀。該銀空心微球具有輕質(zhì)、導(dǎo)電性能優(yōu)良以及環(huán)境適應(yīng)性好等特點(diǎn)。
　　 利用化學(xué)鍍銀技術(shù)制備了不同表面形貌、形狀的銀包羰基鐵粉核殼復(fù)合粒子。研究了銀包羰基鐵粉核殼復(fù)合粒子的電磁特性。弄清了核殼復(fù)合粒子的表面形貌和形狀對(duì)其電磁特性影響規(guī)律。結(jié)果表明：通過控制液相化學(xué)還原過程中的工藝參數(shù)，可制備出表面銀殼層包覆致密、均勻、核殼結(jié)構(gòu)完整的銀包羰基鐵粉核殼復(fù)合粒子。該核殼復(fù)合粒子具有優(yōu)異的導(dǎo)

6、電和導(dǎo)磁性能；且以自行研制的高導(dǎo)電導(dǎo)磁核殼復(fù)合粒子為復(fù)合材料的屏蔽填料時(shí)，制備的導(dǎo)電磁性電磁屏蔽橡膠在電磁波的頻段為30～1500 MHz下，其屏蔽效能達(dá)-38～43dB；與傳統(tǒng)的屏蔽材料相比，采用兼具高導(dǎo)電性和導(dǎo)磁性的屏蔽填料可以有效提高電磁屏蔽復(fù)合材料對(duì)電磁波的屏蔽效能以及吸收損耗。膜狀銀包羰基鐵粉核殼復(fù)合粒子的導(dǎo)電和導(dǎo)磁性能均優(yōu)于草莓狀銀包羰基鐵粉核殼復(fù)合粒子的，故其總的SE較高。球形和片形Fe@Ag復(fù)合粒子的飽和磁化強(qiáng)度基本相同

7、，說明復(fù)合粒子的形狀對(duì)其靜磁性能無(wú)影響；由于片形粒子具有較強(qiáng)的形狀各向異性，其磁導(dǎo)率大于球形粒子的；同時(shí)片形粒子間接觸機(jī)會(huì)較大，易形成導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)。片形粒子作為填料的電磁屏蔽橡膠的體積電阻率為4.87×10-3Ω·cm，相比球形粒子作為填料料的電磁屏蔽橡膠的體積電阻率下降了78％。利用有效介質(zhì)理論，分別計(jì)算以片形粒子和球形粒子作為填料的復(fù)合材料的滲流閾值，計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)測(cè)量的結(jié)果相一致，片形粒子的滲流閾值較小，具有較好的導(dǎo)電性能。
　

8、　 為降低Fe@Ag復(fù)合粒子的電阻率，提高復(fù)合粒子銀殼層的致密度和屏蔽效能，對(duì)Fe@Ag核殼復(fù)合粒子進(jìn)行低溫?zé)崽幚?。研究證明：熱處理溫度并未改變復(fù)合粒子的物相結(jié)構(gòu)及飽和磁化強(qiáng)度，但對(duì)復(fù)合粒子的電阻率和殼層致密度有較大影響，在140℃獲得的Fe@Ag復(fù)合粒子的銀殼層最致密，電阻率最低；但隨熱處理溫度的升高，其電阻率和致密度反而下降；以140℃熱處理后的復(fù)合粒子作為屏蔽填料制備的電磁屏蔽橡膠的SE為-28～53 dB，比未進(jìn)行熱處理時(shí)降低