【摘 要】
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随着微波通讯频率的不断提高,电子系统的电磁干扰和电磁辐射日趋严重,探索高频段吸波材料越来越迫切。针对传统的铁氧体吸波材料工作频率低,难以满足目前的需要,近年来磁性金属吸波材料的研究己成为该领域的研究热点。本论文围绕提高材料Snoek极限这一关键:即提高材料自然共振频率和磁导率乘积,利用片状磁性金属颗粒中同时具有高饱和磁化强度和非单轴形状各向异性等效场这一特点,设计探索高自然共振频率和高磁导率材料,
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随着微波通讯频率的不断提高,电子系统的电磁干扰和电磁辐射日趋严重,探索高频段吸波材料越来越迫切。针对传统的铁氧体吸波材料工作频率低,难以满足目前的需要,近年来磁性金属吸波材料的研究己成为该领域的研究热点。本论文围绕提高材料Snoek极限这一关键:即提高材料自然共振频率和磁导率乘积,利用片状磁性金属颗粒中同时具有高饱和磁化强度和非单轴形状各向异性等效场这一特点,设计探索高自然共振频率和高磁导率材料,进而实现优于目前球形颗粒体系的吸波性能。本论文得到的主要结论如下:1、通过水热法制备了厚度在50~440nm的一系列金属钴片,系统研究了这些纯金属样品的高频磁性,探索了其Snoek极限随钻片厚度的变化规律。结果发现,随着钴片厚度的降低,片状颗粒形状各向异性的增加使得体系的自然共振频率逐渐提高,而表面氧化层造成钻片饱和磁化强度的减少降低了体系的起始磁导率。与球形纳米钴颗粒相比,片状纳米钴颗粒的自然共振频率有明显提高,且厚度为210nm钴片的Snoek极限最高。2、为了解决微波难以进入金属样品内部,提高金属钴片的利用率,我们研究了包覆二氧化硅钻片的高频性能。结果发现,二氧化硅绝缘层的存在避免了钴片的直接接触,包覆后样品的介电常数实部和虚部均有一定程度的降低,改善了阻抗匹配,提高了磁损耗正切值,微波吸收性能得到增强。同时,二氧化硅为非磁性相,其含量的增加会降低整个样品的磁导率,但共振频率保持不变。当二氧化硅在复合物中占10-50%时,所有样品的微波吸收性能均优于纯金属钴片样品。3、为了提高包覆钴颗粒的磁导率,我们用镍锌铁氧体取代二氧化硅,研究了改进的共沉淀法在钴片外包覆镍锌铁氧体样品的高频性质。结果发现,镍锌铁氧体占48%的复合物中,起始磁导率在2.8左右,低于未包覆的钴片(3.4),高于同比例的二氧化硅/钴片复合物(2);镍锌铁氧体的包覆大幅度降低了样品的介电常数,改善了阻抗匹配,吸收体厚度为2mm时,10%镍锌铁氧体复合材料反射吸收系数的峰值达到-24.7dB,高于10%二氧化硅的复合材料(-10dB)和未包覆的钴片(-2.8dB);随着镍锌铁氧体质量分数的提高,磁损耗降低,介电损耗占的比例增加,其反射吸收系数极大值对应频率向高频方向移动。4、基于包覆结构的启示,提出了铁氧体/金属/铁氧体系统,并研究了其吸波性能。以传统的铁氧体材料为基础,经过部分还原处理,再通过自然氧化、制成了镍铁氧体/铁镍合金/镍铁氧体复合材料。结果表明,吸收体为2mm时,样品反射吸收系数峰值达到-20dB左右,相对还原前有较大提高的原因来自于球壳状铁镍合金提供了高的磁损耗,包覆在内部的合金体系易于实现电磁匹配。这种制备方法简单易行,原料成本低,可以用于大规模生产。
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