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《中北大学》 2013年
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低频段复合吸波材料的制备及电磁性能研究

景红霞  
【摘要】:研究吸波材料在国防和民用工业都具有十分重要的意义。目前,吸波材料正朝着“薄、轻、宽、强”的方向发展,但单一组分的吸波材料无法同时满足这些要求,而复合型吸波材料可以克服单一组分的缺点,具有相当的优势,是未来吸波材料的发展方向之一。目前,我国对于低频段(0~6GHz)复合型吸波材料的研究甚少。因此本论文选择了磁损耗型纳米铁氧体、羰基铁和介电损耗型钛酸钡、聚苯胺作为研究对象,利用它们的不同损耗机制、设计开发了在低频段具有优异吸波性能的复合材料Fe_3O_4-SrFe_(12)O_(19)、Ni_(0.5)Zn_(0.5)Fe_2O_4-PANI、BaTiO_3-PANI和Fe(CO)_5/PANI。 在无氮气保护下,采用共沉淀法制备纳米Fe_3O_4,重点探讨制备过程中Fe~(3+)和Fe~(2+)的摩尔比对样品磁性能的影响,在此基础上,采用界面法制备复合材料Fe_3O_4-SrFe_(12)O_(19),考察不同质量比的Fe_3O_4和SrFe_(12)O_(19)对复合材料的磁性能以及吸波性能的影响。结果表明,当n(Fe~(3+)): n(Fe~(2+))=1:3.5时,制备出具有超顺磁性的粒径在10~15nm之间的球形纳米Fe_3O_4;当m(Fe_3O_4):m(SrFe_(12)O_(19))=1:0.3时,Fe_3O_4均匀的包覆在SrFe_(12)O_(19)表面,而且复合材料Fe_3O_4-SrFe_(12)O_(19)不仅具有超顺磁性,而且吸波性能也达到最佳,其最大吸收峰值为-17.7dB,优于-5dB频宽为1300MHz,覆盖了2130~3430MHz频域。 首次采用共沉淀法与溶胶-凝胶联合法,制备针状纳米Ni_(0.5)Zn_(0.5)Fe_2O_4,研究制备过程中镍和锌的添加量对纳米Ni_(0.5)Zn_(0.5)Fe_2O_4长径比的影响,通过改变制备过程中镍和锌的添加量达到控制Ni_(0.5)Zn_(0.5)Fe_2O_4长径比的效果;并考察煅烧温度对产物的物相的影响。结果表明,当共沉淀法中nNi:nZn:nFe为0.3:0.3:2时,Ni_(0.5)Zn_(0.5)Fe_2O_4的长径比达到最大为20左右,并且,随着煅烧温度的增加,Ni_(0.5)Zn_(0.5)Fe_2O_4的长径比在减小。再者,采用原位聚合法制备Ni_(0.5)Zn_(0.5)Fe_2O_4-PANI复合材料,研究Ni_(0.5)Zn_(0.5)Fe_2O_4和PANI的键合作用机理以及不同质量比的Ni_(0.5)Zn_(0.5)Fe_2O_4和PANI对复合材料的磁性能和吸波性能的影响。从Ni_(0.5)Zn_(0.5)Fe_2O_4-PANI复合材料的FT-IR光谱分析得出,Ni_(0.5)Zn_(0.5)Fe_2O_4和PANI之间存在一定的键合作用,使复合材料的特征吸收峰发生红移。利用VSM和PNA对产物进行表征和分析得出,随着PANI量的增加,复合材料的矫顽力和饱和磁化强度在减小,而复合材料的吸波性能在0~6000MHz范围内是先增加后减小,当m(Ni_(0.5)Zn_(0.5)Fe_2O_4):m(PANI)=1:10时,产物具有最佳吸波性能,其最大吸收峰值为-21.5dB,优于-5dB频宽为2900MHz,覆盖了3100~6000MHz频域。 分别采用溶胶-凝胶法和水热法制备纳米BaTiO_3,当水热反应24h制备的纳米BaTiO_3为形貌规则的四方晶型,粒径约60nm;并在此基础上以硅烷偶联剂KH570对纳米BaTiO_3表面进行修饰,采用原位聚合法制备具有核-壳结构的BaTiO_3-PANI复合材料,考察不同质量比的BaTiO_3与PANI和不同吸收厚度对BaTiO_3-PANI复合材料吸波性能的影响,并探讨硅烷偶联剂KH570在制备过程中的反应机理。利用XRD、TEM和FT-IR对复合材料进行表征和分析,得出硅烷偶联剂KH570起到了连接苯胺与钛酸钡的桥梁作用,使PANI成功地包覆纳米BaTiO_3粒子形成具有核-壳结构的BaTiO_3-PANI复合材料,其中BaTiO_3为核,PANI为壳,壳层为40nm,并且包覆后相邻BaTiO_3粒子之间由于高分子的空间位阻而难以相遇,使BaTiO_3分散性更好。利用PNA对复合材料的吸波性能进行分析,得出在0~6000MHz范围内,随着BaTiO_3与PANI质量比和吸收厚度的增加,BaTiO_3-PANI复合材料的反射率RL都是先减小后增大,当BaTiO_3与PANI的质量比为4:1,吸收厚度为3.0mm时,BaTiO_3-PANI复合材料的反射率RL达到最小,其最大吸收峰值为-14.4dB,优于-5dB频宽为1114MHz,覆盖了4798~5912MHz频域。 采用物理共混法制备复合材料Fe(CO)_5/PANI,研究不同质量比的Fe(CO)_5与PANI以及不同吸收厚度对复合材料吸波性能的影响,同时考察复合后对Fe(CO)_5磁性能的影响。结果表明,复合材料Fe(CO)_5/PANI的矫顽力较纯Fe(CO)_5略微增加,而饱和磁化强度却减小。在0~6000MHz范围内,随着PANI的掺入量和吸收厚度的增加,Fe(CO)_5/PANI复合材料的反射率RL都是先减小后增大。当wPANI=6%,吸收厚度为3.0mm时,复合材料的吸波性能最好,其最大吸收峰值为-39.1dB,优于-10dB频宽为1639MHz,覆盖了4361~6000MHz频域。
【学位授予单位】:中北大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2013
【分类号】:TB34

【参考文献】
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