【摘 要】
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电子信息技术的飞速发展使得电磁泄密及电磁污染日趋严重,发展高性能吸波材料作为电磁波控制技术基础显得尤为必要。Co基颗粒具备优异电磁性能并因具有高的居里温度具备高温应用潜力,是目前吸收效率最高、应用最广的吸收剂之一。本文首先以LLG方程为理论基础,利用微磁学模拟方法对不同尺寸、形貌以及结构Co颗粒的动态磁化行为进行模拟。基于磁畴在交变磁场下的响应速度确定材料的动态磁化特性,基于动态磁化过程中交换能、
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电子信息技术的飞速发展使得电磁泄密及电磁污染日趋严重,发展高性能吸波材料作为电磁波控制技术基础显得尤为必要。Co基颗粒具备优异电磁性能并因具有高的居里温度具备高温应用潜力,是目前吸收效率最高、应用最广的吸收剂之一。本文首先以LLG方程为理论基础,利用微磁学模拟方法对不同尺寸、形貌以及结构Co颗粒的动态磁化行为进行模拟。基于磁畴在交变磁场下的响应速度确定材料的动态磁化特性,基于动态磁化过程中交换能、退磁能、磁晶各向异能和塞曼能的演化特性确定尺寸、形貌以及结构对Co颗粒铁磁损耗特性的影响;同时基于计算机模拟分析了温度对Co颗粒铁磁损耗特性的影响,揭示其影响规律。微磁学模拟结果表明Co颗粒尺寸、形貌及结构特征显著影响其铁磁损耗性能;其一般规律为,降低颗粒尺寸、增加形状各向异性、构建铁磁/铁磁复合结构均显著提升Co颗粒的铁磁损耗性能。进一步以获得高性能Co基吸收剂为目的,致力于纳米Co颗粒组装结构的制备,通过对复合颗粒微观组织结构的精细调控实现对其介电损耗、铁磁损耗以及电导损耗的协同优化。以隐身/承载结构一体化为设计要求制备了Si C/Co复合纤维,Si C纤维表面均匀弥散着Co纳米颗粒。Si C/Co颗粒的铁磁损耗特性随Co颗粒尺寸的变化规律与微磁学结果完全吻合,且其介电损耗以及电导损耗可以通过调控Co颗粒的尺寸/含量进行控制。4mm厚的Si C/Co-400样品其RLmax可达–69d B（@8.0GHz）,低于–10d B的有效吸收带宽(ERL10)达4.7GHz,低于–5d B的有效吸收带宽（ERL5）达10.8GHz。以获得轻质高效吸收剂为出发点构建了r GO/Co片状结构,2mm厚r GO/Co-170填充样品其RLmax可达到–61d B、ERL10可覆盖整个Ku波段。为了进一步提升复合颗粒的铁磁损耗特性,以Co Fe2O4替代介电组元构建了Co Fe/Co Fe2O4@C空心结构,通过调控复合颗粒微观组织结构可实现介电损耗、铁磁损耗以及电导损耗的协同调控。3.4mm厚CF-500填充样品其RLmax为–71.73d B（@4.78GHz）,呈现双频吸收特性;厚度增至4mm时其ERL5能够覆盖整个2–18GHz。探究Co基吸收剂高温电磁性能的演变规律,对拓展其高温应用具有重要意义。微磁学模拟表明,Co较高的居里温度使其在500°C时仍能保持较高的铁磁损耗特性。本研究以铝酸盐为高温基体,以微米Co、片状Co和纳米Co颗粒为高温吸收剂,通过水合硬化过程制备了系列Co基高温样品。随着温度的升高,铝酸盐基体的离子导电特性增强,Co颗粒的引入对样品电导率的提升具有补益作用,作用强弱顺序为:纳米Co＞片状Co＞微米Co。高温环境下,升高的样品电导率以及增强的极化特性使得样品的介电常数大大提升,且片状Co和纳米Co颗粒具备更为优异的极化损耗和电导损耗特性。温度升高使得Co颗粒的铁磁损耗特性降低,片状Co和纳米Co颗粒表现出更为优异的高温铁磁损耗效率,铁磁损耗性能随温度及尺寸/形貌变化规律与微磁学模拟结果相一致。值得注意的是,高温下过快增加的电导率会显著降低样品阻抗匹配特性,使电磁参数出现异常现象。在样品内部引入堇青石能够明显改善电导率过快增长的现象,进而改善样品的阻抗匹配特性、抑制涡流的不利影响,这大大提高了复合样品的高温电磁性能。Co颗粒的片状化及纳米化处理是提升样品高温吸波性能的有效方法。2mm厚铝酸盐/堇青石/10vol.%纳米Co复合样品,400°C时其RLmax为–23d B,ERL10达到3GHz（8.2～11.2GHz）,ERL5可以覆盖整个X波段;温度升至500°C时,ERL5仍可覆盖X波段,高温吸波特性优异。
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