铁钴纳米粒子及其复合材料的制备与性能研究

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随着千兆赫兹范围内电磁波的广泛应用,金属磁性材料由于其更高的复介电常数而吸引了广泛的注意。铁钴合金(FeCo)作为一种优异的软磁材料,具有很高的饱和磁化强度,较低的磁致伸缩,较小的磁矫顽力以及较高的居里温度,被广泛应用于航空航天、吸波材料等领域。本文通过改变原料的添加量,通过液相还原法制备了三种不同铁钴含量的粒子(Fe0.7Co0.3,Fe0.5Co0.5和Fe0.3Co0.7),并采用聚苯胺(PANI)原位聚合的方法制备了一系列不同比例的PANI@FeCo吸波材料并与PANI@FeNi进行了对比。主要工作如下:  通过液相还原方法制备了三种不同铁钴含量的粒子,铁与钴的原料投入比分别为3∶7,5∶5和7∶3,通过XPS测试结果证明实际的铁钴比例分别为6.33∶3.51,4.52∶5.31和3.56∶6.57。分别用TEM和XRD对粒子的形貌和晶型进行了表征,发现粒子为片状结构,大小大约为100nm-200nm左右,厚度约为25nm左右,为立方晶型,且发现在FeCo37中无氧化物的存在。三种粒子的磁性能也有较大差异,FeCo73的磁矫顽力最高,为549.6837Oe,饱和磁化强度最低,为17.771emu/g;FeCo55的磁矫顽力为124.611Oe,饱和磁化强度为140.442emu/g;FeCo37的磁矫顽力为124.707Oe,饱和磁化强度为180.198emu/g,饱和磁化强度在三种粒子中最高。  采用PANI原位聚合的方法制备了一系列不同比例的PANI@FeCo吸波材料,PANI@FeCo比例分别为90%,70%,50%和30%。PANI在复合材料中倾向于形成交织的网状结构,FeCo呈片状结构分布在PANI表面。用FTIR和XRD表征了PANI@FeCo的合成,并将PANI@FeCo与石蜡以3∶2的比例混合,进行了吸波性能的测试,发现PANI@FeCo系列整体的吸波性能不是太佳,其中PANI@FeCo37=90%的吸波性能最好,最低能达到-13dB的反射损耗,小于-10dB的吸收带宽为2GHz。最后分析了比例为50%的PANI@FeNi的吸波性能,并与PANI@FeCo进行了比较,发现PANI@FeCo系列的介电损耗整体低于PANI@FeNi,使得其吸波性能与PANI@FeNi相比有一定的差距。  分别以FeCo粒子和PANI@FeCo复合材料作为填料,与环氧树脂进行混合制备环氧复合材料,分别对其断面形貌、介电性能、力学性能以热性能进行了表征,发现FeCo粒子的加入降低了环氧复合材料的介电常数,在环氧中的添加量为3%时的介电常数最低,PANI@FeCo的加入增加了环氧复合材料的介电常数,且随着添加量的增加,介电常数增加;FeCo粒子和PANI@FeCo的加入对环氧复合材料都起到了增韧作用,当FeCo纳米粒子添加量为3%时断裂伸长率最高,随着PANI@FeCo添加量的增加,断裂伸长率越高;FeCo纳米粒子和PANI@FeCo的加入使环氧复合材料的5%热失重温度略有降低,但影响不大。
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