Fe基磁性微/纳颗粒及其复合材料的制备与电磁吸波性能研究

来源 :北京理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:sym409198933
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电子设备产生的电磁波给电子器件的正常工作以及电子产品的使用寿命带来极大危害的同时,也很大程度上地威胁着人们的身体健康。利用吸波材料吸收电磁波来治理电磁污染是当下最为行之有效的屏蔽方法,因此对吸波材料的研究有着极大的工程应用价值。本文选用Fe基磁性微/纳颗粒作为研究对象,旨在探索其高频电磁动态响应特点、机理以及吸波性能规律,为电磁吸波和屏蔽材料的发展奠定一定的基础。具体研究内容及成果如下:(1)采用液相还原法制备Fe-B颗粒,系统研究了NaBH4添加方式、FeSO4/NaBH4比例及NH3·H2O量对Fe-B颗粒形貌、硼含量、晶体结构以及静磁性能的影响,并研究了不同硼含量、粒径的Fe-B颗粒/石蜡样品的电磁吸波性能。研究表明,在本研究实验条件下,以NaBH4为还原剂还原水溶液中的Fe2+,在室温条件下,制备出的颗粒均为球形非晶Fe-B颗粒;随着FeSO4/NaBH4比例从1/1降低到1/6,球形非晶Fe-B颗粒的平均粒径变化不大(132-167 nm),而硼含量则从18.50 at.%增加至32.09 at.%;随着NH3·H2O量从50 ml增加至200 ml,球形非晶Fe-B颗粒的硼含量变化不大(25.52-28.68 at.%),而平均粒径则从120 nm增加至370 nm。Fe-B颗粒的硼含量和粒径均对其电磁吸波性能具有重要的影响,在所研究的2-18 GHz电磁波频率范围,1-6mm涂层厚度范围内,随着Fe-B颗粒硼含量的增加,Fe-B颗粒/石蜡样品(Fe-B颗粒:70wt.%)的最大反射损耗值|RLmax|和最大有效吸收频宽均先增大后减小;随着Fe-B颗粒平均粒径的增加,最大有效吸收频宽先增大后减小;硼含量为27.12 at.%,平均粒径为250 nm的Fe-B颗粒/石蜡样品的有效吸收频宽最宽,为7.6 GHz,且最大反射损耗值|RLmax|为42.843 dB,展现出优异的电磁吸波能力。(2)对所制备出的球形非晶Fe-B颗粒进行了400℃、500℃和600℃下的退火处理,研究了退火温度对球形非晶Fe-B颗粒形貌、晶体结构、静磁性能、高频电磁动态响应及电磁吸波性能的影响规律。结果表明,球形非晶Fe-B颗粒在479℃以上晶化为Fe2B相。随着退火温度的升高,Fe-B颗粒的比饱和磁化强度变化不大(136.68-146.54 emu/g),而矫顽力则先增大后减小。在2-18 GHz电磁波频率范围,2-6mm涂层厚度范围内,适当的退火温度可显著提高60 wt.%添加量的球形非晶Fe-B颗粒/石蜡样品的最大反射损耗值|RLmax|,但是退火处理对球形非晶Fe-B颗粒/石蜡样品的最大有效吸收频宽则有着不利影响。(3)通过Stober法对Fe-B颗粒进行表面包覆制备了壳核结构的Fe-B/SiO2复合颗粒,并对复合颗粒的形貌、晶体结构、静磁性能及电磁吸波性能进行表征。结果表明,在2-18 GHz电磁波频率范围,2-6 mm涂层厚度范围内,与未经SiO2包覆的Fe-B颗粒/石蜡样品(Fe-B颗粒:70 wt.%)相比,Fe-B/SiO2复合颗粒/石蜡样品(Fe-B/SiO2颗粒:70wt.%)的最大反射损耗值|RLmax|和最大有效吸收频宽均有所下降。(4)采用超声波辅助液相还原法制备FeNi3颗粒,研究了反应温度、铁镍盐总浓度和NaOH浓度对FeNi3颗粒形貌、晶体结构以及静磁性能的影响,并对不同形貌的FeNi3颗粒的电磁吸波性能进行了探讨。结果表明,在本研究实验条件下,反应温度从35℃升高至85℃时,FeNi3颗粒均为球形,平均粒径从116 nm增大至353 nm;铁镍盐总浓度从0.05 mol/L增加至0.4 mol/L时,FeNi3颗粒逐渐从刺球形向球形转变;NaOH浓度从1 mol/L增加至7 mol/L时,FeNi3颗粒逐渐从链状向球形转变。FeNi3颗粒的形貌对其电磁吸波性能具有重要影响,对于本实验所制备出的FeNi3球、FeNi3刺球和FeNi3链来说,在2-18 GHz电磁波频率范围,1-6 mm涂层厚度范围内,有最大反射损耗值|RLmax|:FeNi33刺球3链,最大有效吸收频宽:FeNi3球>FeNi3刺球>FeNi3链。FeNi3链的最大反射损耗值|RLmax|最大,为54.130 dB,FeNi3球的最大有效吸收频宽最宽,为7.22 GHz。
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