一維多孔-中空結(jié)構(gòu)磁性材料的可控制備與電磁性能研究.pdf

1、研制高效新型微波吸波劑是解決當(dāng)前日益增長(zhǎng)電磁污染的有效途徑。傳統(tǒng)吸波劑Fe3O4存在密度大，吸收頻帶窄及其阻抗匹配差等問(wèn)題難以滿足“質(zhì)量輕、厚度薄、頻帶寬、吸收強(qiáng)”的高要求。大量的研究表明:將多種材料進(jìn)行復(fù)合或摻雜其它金屬離子可以打破單一材料對(duì)電磁波吸收的限制。一維材料（納米棒、納米管、納米線、納米纖維和納米彈簧等）具有形狀各向異性，因此它具有許多新奇和可調(diào)的性能。多孔或中空材料具有比表面積大，高孔隙率，高透過(guò)性，可組裝性，高吸附性及其

2、低密度等特點(diǎn)，決定了它具有較好的微波吸波特性。因此，該論文設(shè)計(jì)和制備了三種不同制備多孔或中空結(jié)構(gòu)的磁性材料，并研究了其形貌、組成、結(jié)構(gòu)對(duì)靜磁性能和微波吸收性能的影響。具體研究?jī)?nèi)容如下:
　　1、Fe3O4/NiFe2O4/Ni異質(zhì)結(jié)構(gòu)多孔微棒的可控制備和電磁特性研究。
　　通過(guò)沉淀法/沉淀轉(zhuǎn)移法/碳熱還原法三步法制備了Fe3O4/NiFe2O4/Ni異質(zhì)結(jié)構(gòu)多孔微棒。一系列的表征證明改變[Ni2+]能夠有效地調(diào)控異質(zhì)結(jié)構(gòu)多孔

3、微棒的晶粒尺寸、內(nèi)應(yīng)力、組成、結(jié)構(gòu)特性、靜磁性能和微波吸收特性。隨著[Ni2+]的增加，Ni和NiFe2O4在異質(zhì)結(jié)構(gòu)中的含量呈玻爾茲曼模式增加，飽和磁化強(qiáng)度(Ms)和矯頑力（Hc）呈現(xiàn)U形變化趨勢(shì)，這歸結(jié)為晶粒尺寸、組成和界面耦合的影響。在Fe3O4表面修飾NiFe2O4和Ni之后，該材料仍然保持較高的磁損耗，調(diào)控界面層NiFe2O4和Ni的含量能夠提高阻抗匹配和介電損耗。因此，與純的Fe3O4相比，F(xiàn)e3O4/NiFe2O4/Ni具

4、有輕質(zhì)，強(qiáng)吸收和寬頻帶等優(yōu)點(diǎn)。當(dāng)[Ni2+]=0.05 M時(shí)，F(xiàn)e3O4/NiFe2O4/Ni異質(zhì)結(jié)構(gòu)多孔微棒具有最佳的微波吸收特性，在13.68 GHz處，最大反射損耗為-58.4 dB，匹配的涂層厚度為2.1mm，有效吸收(RL≤-20 dB)帶寬為14.4 GHz，樣品的涂層厚度為1.6-2.4和2.8-10.0mm，這些優(yōu)良的性能證明Fe3O4/NiFe2O4/Ni異質(zhì)結(jié)構(gòu)多孔微棒是最佳的吸波材料。
　　2、MnxFe3-

5、xO4中空或多孔鏈球的制備和電磁特性研究。
　　采用一鍋溶劑熱法，通過(guò)磁場(chǎng)誘導(dǎo)和奧斯瓦德熟化制備出了MnxFe3-xO4(0≤x≤1.09)中空或多孔鏈球。在外部磁場(chǎng)誘導(dǎo)下，納米粒子沿晶面[111]方向定向聚集成微球，這些微球自組裝形成一維的中空或多孔鏈球。一系列的表征證明:隨著Mn2+/Fe3+的摩爾比增加，樣品的晶體尺寸、微球直徑和長(zhǎng)徑比降低，而內(nèi)應(yīng)力、晶格常數(shù)、Mn2+的含量和比表面積增大。由于晶體尺寸和Mn2+取代的影響，

6、飽和磁化強(qiáng)度(Ms)和矯頑力（Hc）下降。由于Mn2+的取代，在2-18 GHz頻率范圍內(nèi)，樣品逐漸表現(xiàn)出雙頻吸收特性，且隨著x的增加，λ/4處的吸收帶寬變窄，3λ/4處的帶寬增加。與Fe3O4實(shí)心球和空心球相比，Mn0.746Fe2254O4中空鏈球表現(xiàn)出更寬的吸收帶，有效吸收(RL≤-20dB)帶寬為9.86 GHz（2.05-7.91和14-18 GHz），研究發(fā)現(xiàn):該材料具有較好的吸波性能，這與中空或多孔結(jié)構(gòu)、納米晶體的定向排列

7、和Mn2+的取代有關(guān)。
　　3、CuxFe3-xO4@Cu核殼中空鏈球結(jié)構(gòu)的可控制備與輕質(zhì)-寬頻微波吸收特性。
　　在磁場(chǎng)誘導(dǎo)下，通過(guò)溶劑熱法和液相還原法制備了組成可調(diào)的CuxFe3-xO4@Cu(0≤x≤1.30)核殼中空鏈球，并研究了[Cu2+]對(duì)樣品的組成、物相、形貌和微觀結(jié)構(gòu)的影響，分別通過(guò)能量色散X射線光譜儀、X射線衍射、X射線光電子能譜儀、掃描電子顯微鏡和透射電子顯微鏡對(duì)樣品進(jìn)行了表征。研究發(fā)現(xiàn)，通過(guò)調(diào)控[Cu2

8、+]，能夠改變CuxFe3-xO4@Cu中Cu0、Cu2+的含量及晶體尺寸的大小。隨著[Cu2+]增加，Cu0的含量和Cu2+取代增加，晶體尺寸減小。飽和磁化強(qiáng)度(Ms)直線下降，矯頑力（Hc）呈玻爾茲曼模式變化，微波吸收性能先降低后增加。當(dāng)x=1.30時(shí)，CuxFe3-xO4@Cu吸波性能最佳，填充質(zhì)量分?jǐn)?shù)為44％時(shí)，在3.44 GHz處，最大反射損耗RL為-45.1 dB，有效吸收帶寬(RL≤-20 dB)為9.9 GHz，與其它條