收藏本站
《电子科技大学》 2011年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

Fe基双相纳米复合材料的制备与高频性能的研究

张丽  
【摘要】:雷达吸波材料能够大幅度提高武器系统生存能力和突防能力,消除通讯及导航系统的电磁干扰,防护人体安全等,有着广泛的工程应用前景。然而广泛使用的第一代吸波材料无法完全满足目前设计要求。基于磁性金属和氧化物复合形成双相纳米复合材料,作为一种新型吸波材料,引起了国内外研究者的广泛关注。其中纳米磁性金属具有独特的纳米效应,是软磁性的主要来源,决定材料的饱和磁化强度;氧化物则充当介质层,是高电阻的来源,决定体系的有效介电常数。通过控制成分比和工艺参数,可获得高饱和磁化强度和与之匹配的介电常数,提高S、C波段(2GHz~6GHz)的吸收特性,在隐身技术中具有很好的应用价值。 本论文围绕Fe/铁氧体纳米复合材料以及FeCo-SiO_2纳米复合颗粒膜两种材料体系,基于气-固反应以及射频磁控溅射方法,从实验入手对纳米复合材料的生长工艺、结构、电磁性能、机械性能以及吸波性能等方面做了系列探索性工作。并在此基础上对这些问题的内在物理机制进行了较为深入的研究,为Fe基纳米复合材料实用化奠定了基础。主要内容如下: 1.采用气-固相反应法,对六角铁氧体进行还原处理,制备Fe/铁氧体纳米复合材料,系统研究制备工艺对复合材料结构、形貌、性能的影响。 (1)还原气氛下通过控制反应温度和反应时间可制备具有三明治分层结构的Fe/六角铁氧体复合材料。Ba-W型六角铁氧体的单元晶胞由SSRS*S*R*结构组成,其中S为面心立方(fcc)结构的Fe_6O_8,R为六角结构的BaFe6O11。R、S不同的结构导致了R、S中的Fe-O具有不同的键能。在通入氢气进行还原处理时,某一结构内的Fe-O键更容易断裂而被还原,形成分层结构,层厚仅为0.1~0.2μm。随着Fe-O键的断裂,原有Ba-W六角铁氧体相减弱,而相应出现了Fe/Co纳米晶相。分层现象的出现使颗粒形状效应更明显,磁导率有明显的提高。 (2)退火处理后的样品因相结构和形貌变化而导致的磁谱和介电谱变化,吸收性能较于Ba-W铁氧体有较大的差异,其吸收频段变窄,随着涂层厚度的增加,吸收峰向低频移动,并且吸收性能得到明显改善。 2.采用射频磁控溅射工艺制备FeCo-SiO_2纳米复合颗粒膜,研究不同工艺条件和衬底对颗粒膜微观结构、形貌以及静态电磁特性的影响。 (1)低温沉积薄膜条件下,溅射气压对FeCo-SiO_2薄膜相结构影响较小,随着溅射气压的增加,粒子到达基片的动能减小,扩散速率减小,薄膜颗粒长大,导致颗粒间表面及边界散射减弱,进而电阻率随溅射气压的增加而显著降低。 (2)不同基片性能存在较大差异。聚酯薄膜(PET)基片厚度很薄(12μm)导致冷却更充分,其基片表面温度更低,粒子不能获得足够的能量发生迁移,在其上制备的薄膜呈非晶态,进而导致薄膜饱和磁化强度有明显的降低。 (3)薄膜制备过程中外加偏置磁场对于颗粒膜各向异性场及高频特性有着显著的影响。外加偏置磁场的作用会导致薄膜感生面内单轴各向异性。可通过控制外加偏置磁场调整颗粒膜的各向异性场,从而调控其高频特性。感生的面内单轴各向异性也会提高材料的饱和磁化强度和剩磁比,其磁导率的实部和虚部的最大值都有明显的升高,进而得到了优异的高频磁性能。 (4)研究不同磁性金属相FeCo含量对(FeCo)_x(SiO_2)_(100-x)薄膜静态电磁特性和高频磁性的影响。通过TEM研究发现FeCo纳米颗粒镶嵌在SiO_2基体中,随着FeCo含量的增加,颗粒大小有明显的变化,同时薄膜的结晶状态也从典型的非晶态到非晶和多晶共存进而向多晶态逐渐过渡。FeCo含量对饱和磁化强度、电阻率、平面单轴各向异性场均有明显影响。例如随着FeCo含量的增加,饱和磁化强度不断提高,电阻率逐渐降低。另外,通过调整FeCo的含量,也可以控制颗粒膜的高频磁特性。 3. FeCo/FeCo-SiO_2多层结构能够避免单相厚膜中的涡流损耗和面外各向异性,通过增加磁性相FeCo的比例提高整体的有效磁导率。同时层与层之间产生的交换耦合作用能达到优化高频特性的效果。通过调整FeCo层的厚度,制备不同结构的多层薄膜,其微波磁导率与单层膜相比有明显的提高。由于多层膜结构对磁化状态的影响,具有奇数层FeCo磁性层的多层膜较之其他结构的多层膜而言,矫顽力Hc和各向异性场H_k有一定程度的增加。由于FeCo-SiO_2/FeCo多层膜的颗粒尺寸为纳米量级,通过计算拟合发现高频磁谱的机理来源于自然共振和交换共振。 4.利用微细加工的方法,采用微悬臂结构研究FeCo-SiO_2膜的机械性能随成分的变化规律。利用图案设计和共溅射方法在同一基片上成功制备成分范围为47x74的FeCo-SiO_2膜。使用AFM接触模式测试并计算FeCo-SiO_2膜的杨氏模量随成分变化规律,随着FeCo含量的减少,复合材料的杨氏模量逐渐增加,是因为类金属Si含量的增加,使得与金属原子间的相互作用力加强。利用经典的Stoney公式,基于Veecco光学干涉仪测试并计算FeCo-SiO_2膜的残余应力随成分的变化规律。FeCo成分对于薄膜的残余应力有着较大的影响。通过测定和计算不同温度下薄膜的热应力,利用应力计算模型,得到了不同成分的FeCo-SiO_2膜的热膨胀系数。成分对于薄膜的热膨胀系数没有太大的影响,约为5×10~(-6)/oC数量级。
【学位授予单位】:电子科技大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:TB383.1

【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 赵稼祥;加强发展军用功能材料[J];材料工程;1995年03期
2 吴明忠;雷达吸波材料的现状和发展趋势[J];磁性材料及器件;1997年02期
3 李金儡,陈康华,范令强,彭伟才,黄兰萍;雷达吸波材料的研究进展[J];功能材料;2005年08期
4 邓龙江;周佩珩;翁小龙;;磁性电磁吸波材料的研究现状与进展[J];功能材料信息;2005年04期
5 王合英;沙文杰;陈欢;孙文博;;基片温度对Ni_(80)Fe_(20)薄膜结构和各向异性磁电阻的影响[J];金属功能材料;2007年02期
6 徐生求,段永法;新型吸波材料的研究现状与展望[J];空军雷达学院学报;2001年01期
7 王海;雷达吸波材料的研究现状和发展方向[J];上海航天;1999年01期
8 江建军;马强;别少伟;杜刚;梁培;何华辉;;CoFeB-SiO_2磁性不连续多层颗粒膜微波电磁特性[J];无机材料学报;2008年02期
9 张丽;朱致伟;旷仁熊;邓龙江;;聚酯基片上制备FeCoB-SiO_2薄膜的微观结构与微波电磁特性[J];无机材料学报;2010年11期
10 张克立,从长杰,郭光辉,袁荃;纳米吸波材料的研究现状与展望[J];武汉大学学报(理学版);2003年06期
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 熊杰;YBCO高温超导带材的制备和实用化研究[D];电子科技大学;2007年
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 张银亮;张传福;湛菁;黎昌俊;樊友奇;;铁镍合金粉末的制备及应用现状[J];四川有色金属;2007年01期
2 金力成;金波;;金属薄膜的质量造成电阻器失效的分析[J];安徽电子信息职业技术学院学报;2008年05期
3 吴桂芳,宋学平,刘勇,林伟,孙兆奇;衬底温度对溅射硅基铜膜(Cu/Si)应力的影响研究[J];安徽大学学报(自然科学版);2004年03期
4 宋学萍,王佩红,孙兆奇;退火温度对溅射Al膜微结构及光学常数的影响[J];安徽大学学报(自然科学版);2005年03期
5 孟影;金绍维;;La_(0.7)Sr_(0.3)MnO_3外延膜厚度引起的电阻率变化[J];安徽大学学报(自然科学版);2006年03期
6 周健;赖君荣;;乙酰丙酮铟的制备[J];安徽大学学报(自然科学版);2006年06期
7 贾莉莉;毕红;王亚芬;;聚氨酯泡沫复合材料的制备及其吸波性能研究[J];安徽大学学报(自然科学版);2007年05期
8 张积桥;杨玉国;朱红;郭洪范;;正交排布碳纤维材料的电磁防护性能研究[J];安全与电磁兼容;2008年01期
9 王学双;周少明;段玉平;;镍锌铁氧体/炭黑填充环氧树脂基吸波性能研究[J];安全与电磁兼容;2009年05期
10 刘辉;高云雷;赵东林;沈曾民;;热处理对羰基铁粉磁性能和吸波性能的影响[J];安全与电磁兼容;2010年06期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 胡明;高晓明;孙嘉奕;伏彦龙;杨军;汪晓萍;翁立军;;多弧离子镀低温沉积Ti薄膜的结构和力学性能[A];中国空间科学学会空间材料专业委员会2011学术交流会论文集[C];2011年
2 韩倩斐;张锐;;SiC基宽频带吸波材料制备工艺研究[A];中国空间科学学会空间材料专业委员会2011学术交流会论文集[C];2011年
3 王东;路建军;齐宏进;;防水透湿织物上碳氟膜的纳米结构及均匀性的初步研究[A];第六届功能性纺织品及纳米技术应用研讨会论文集[C];2006年
4 李从举;汪滨;黄博能;;面向GHz宽频带吸波的稀土掺杂纳米纤维的制备与研究[A];“力恒杯”第11届功能性纺织品、纳米技术应用及低碳纺织研讨会论文集[C];2011年
5 魏美玲;周长灵;滕祥红;李贵佳;;国内外隐身材料发展概况及趋势[A];中国硅酸盐学会陶瓷分会2003年学术年会论文集[C];2003年
6 王海斗;徐滨士;刘家浚;康嘉杰;朱丽娜;;反应生成MOS_2固体润滑薄膜的表征与摩擦学性能[A];第七届全国表面工程学术会议暨第二届表面工程青年学术论坛论文集(一)[C];2008年
7 刘忠伟;孙滨如;张保军;周越;;红外反射谱法测量金刚石薄膜的厚度和折射率[A];首届中国功能材料及其应用学术会议论文集[C];1992年
8 夏章能;徐洁;;AlN陶瓷化学镀法金属化机理[A];第三届中国功能材料及其应用学术会议论文集[C];1998年
9 杨云志;冉均国;郑昌琼;;磁控溅射制备类金刚石膜生物材料的工艺与性能的研究[A];第三届中国功能材料及其应用学术会议论文集[C];1998年
10 王吉会;贺小明;路新春;温诗铸;;等离子辅助沉积DLC膜的结构和微摩擦磨损特性[A];第三届中国功能材料及其应用学术会议论文集[C];1998年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 石倩;薄膜电池LiV_3O_8正极材料的结构控制与电化学性能[D];华南理工大学;2010年
2 游峰;面向微波应用的铊系高温超导薄膜研究[D];南开大学;2010年
3 汤如俊;小颗粒CoPt单层和双层垂直磁记录介质研究[D];电子科技大学;2010年
4 田焜;水泥基电磁防护吸波多功能复合材料的研究[D];武汉理工大学;2010年
5 高敬伟;多形态聚吡咯的制备与吸波性能研究[D];东华大学;2010年
6 刘云燕;ZnO薄膜的表面形貌与应力特性研究[D];山东师范大学;2011年
7 张晶晶;二元铁基Fe-X(X=Ga,Mn)合金的结构及磁致伸缩研究[D];浙江大学;2010年
8 刘一婷;基于酞菁铜的太阳能电池的研究[D];大连理工大学;2011年
9 李幼真;纳米Ta基阻挡层的制备及性能研究[D];中南大学;2011年
10 鲁永芳;金属钛膜中氢对氦行为作用和影响的研究[D];复旦大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 赵缨慰;900nm~1100nm抗激光损伤高反射膜的研究[D];长春理工大学;2010年
2 王博;辐射桥面发射激光器工艺与测试[D];长春理工大学;2010年
3 位永平;非晶InSb探测器材料光电特性研究[D];长春理工大学;2010年
4 徐蕙;CuO薄膜和Cu/TiO_x复合薄膜的制备与表征[D];浙江理工大学;2010年
5 张瑞丽;太阳能电池用α-SiC_x:H薄膜的制备与性能研究[D];浙江理工大学;2010年
6 贾林涛;折射率调制光纤气体传感系统设计与研究[D];郑州大学;2010年
7 张科;薄膜/基体系统三维压痕实验力学模型研究[D];郑州大学;2010年
8 郭东歌;基于LPFGs氢敏探测器的研究[D];郑州大学;2010年
9 王方文;侧基横挂偶极单元的液晶聚对苯撑乙炔的合成及性质表征[D];郑州大学;2010年
10 逄锦程;Al-Pb合金组织性能及高温变形行为研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 黄远,李家俊,马铁军,王玉林;一种新型结构吸波材料的设计与制备[J];兵器材料科学与工程;1999年04期
2 黄涛,黄英,贺金瑞;吸波材料研究进展[J];玻璃钢/复合材料;2003年01期
3 高玲玲,周馨我,范广裕;导电高分子应用研究的若干进展[J];材料导报;1995年04期
4 曾祥云,马铁军,李家俊;吸波材料(RAM)用损耗介质及RAM技术发展趋势[J];材料导报;1997年03期
5 谢国华;红外隐身涂料与雷达波吸收材料相容性研究[J];材料工程;1993年05期
6 赵东林,周万城;纳米雷达波吸收剂的研究和发展[J];材料工程;1998年05期
7 孙社营;吸波材料及其在舰船上的应用[J];材料开发与应用;1996年04期
8 徐劲峰,郭方方,徐政;六角晶系铁氧体纳米晶微波吸收剂的微结构与磁性能[J];磁性材料及器件;2005年01期
9 阳开新;铁氧体吸波材料及其应用[J];磁性材料及器件;1996年03期
10 石零,王惠龄,唐跃进,王建,李敬东;应用高温超导线(带)的研制现状与进展[J];低温工程;2004年04期
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 曾清华,王栋知,王淀佐;聚合物-粘土矿物纳米复合材料[J];化工进展;1998年02期
2 朱军,李毕忠;聚合物/无机纳米复合材料研究进展[J];化工新型材料;2000年10期
3 吴增刚,周持兴,程宝家;原位悬浮聚合制备酸性酚醛树脂/蒙脱土纳米复合材料(英文)[J];合成橡胶工业;2001年04期
4 张恒;张力;;纳米复合材料实用化技术前景[J];材料导报;2001年08期
5 钟厉,韩西;纳米复合材料的研究应用[J];重庆交通学院学报;2003年03期
6 张强,张立武,余大兵,杨延涛;纳米技术在复合材料中的应用及其进展[J];纤维复合材料;2003年04期
7 魏风艳,巩强,严生;聚合物—粘土纳米复合材料[J];材料导报;2003年S1期
8 王平华,徐国永,宋功品;聚丙烯/蒙脱土纳米复合材料的制备及结构[J];高分子材料科学与工程;2004年04期
9 刘治国,欧育湘,吴俊浩;MPP/PER/APP系统阻燃的PA6/OMMT纳米复合材料的燃烧特性[J];功能高分子学报;2004年04期
10 ;专利介绍[J];橡胶科技市场;2004年01期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 张文龙;吴月;王暄;赵洪;吉超;;制备MgO/LDPE纳米复合材料共混方式与性能的研究[A];第十三届全国工程电介质学术会议论文集[C];2011年
2 都佩华;林鹏飞;张运湘;陈韶辉;朱肖楠;宋义虎;郑强;;相形貌对聚氯乙烯/丙烯腈-丁二烯-苯乙烯/碳酸钙纳米复合材料形变机理的影响[A];中国流变学研究进展(2010)[C];2010年
3 张文龙;杜阳;王暄;杨佳明;赵洪;穆娟;;溶-熔共混法制备LDPE/SiO_x纳米复合材料的电性能研究[A];第十三届全国工程电介质学术会议论文集[C];2011年
4 古菊;周扬波;杜杨;贾德民;罗远芳;;NR/改性CaCO_3纳米复合材料的形态与力学性能[A];第二届全国橡胶制品技术研讨会论文集[C];2003年
5 倪士民;李青山;吴洪江;马玉坤;;P(AN-VAc)/Clay纳米复合材料的微型化学制备研究[A];微型化学实验专辑论文集[C];2004年
6 沈辰飞;马路遥;郑明波;赵斌;邱旦峰;潘力佳;曹洁明;施毅;;SnS_2/石墨烯纳米复合材料的合成以及在锂离子电池中的应用研究[A];中国化学会第28届学术年会第10分会场摘要集[C];2012年
7 毋伟;张魁;沈淑玲;成翠兰;王志琰;王冕;陈建峰;;以Pickering乳液为基础纳米复合材料的合成[A];中国颗粒学会第七届学术年会暨海峡两岸颗粒技术研讨会论文集[C];2010年
8 秦亚伟;王宁;董金勇;;适用于工业化的聚烯烃纳米复合材料的原位制备方法[A];2011年全国高分子学术论文报告会论文摘要集[C];2011年
9 蔡长君;季辰辰;鲁振江;包淑娟;;一步电化学合成铂-石墨烯纳米复合材料对葡萄糖的无酶催化[A];中国化学会第28届学术年会第9分会场摘要集[C];2012年
10 林嘉平;王立权;;高分子纳米复合材料[A];中国流变学研究进展(2010)[C];2010年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 毕文;纳米复合材料产业化需长期培养[N];中国建材报;2011年
2 本报记者 王海霞;纳米复合材料将广泛应用到新能源领域[N];中国能源报;2009年
3 刘霞;高效存储氢的纳米复合材料研制成功[N];科技日报;2011年
4 刘霞;石墨烯纳米复合材料可提升电池性能[N];科技日报;2011年
5 蔡忠仁;纳米复合材料净化空气效果好[N];中国化工报;2010年
6 宋玉春;纳米复合材料能否风行?[N];中国石化报;2005年
7 李闻芝;纳米复合材料产业化研讨会将开[N];中国化工报;2004年
8 王林;备受关注的纳米复合材料[N];中国有色金属报;2003年
9 李伟;汽车用上纳米复合材料部件[N];中国化工报;2004年
10 华成;华人学者首次合成超磁性能纳米复合材料[N];中国有色金属报;2002年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 李鑫;层状镁铝氢氧化物的设计合成与阻燃性研究[D];大连理工大学;2010年
2 赵明;双螺杆反应挤出纺丝级PA6/蒙脱土纳米复合材料的研究[D];东华大学;2005年
3 刘梅;金属(金属氧化物)/氧化铝纳米复合材料的制备、结构及性能研究[D];吉林大学;2006年
4 倪勇;含苯基多面齐聚倍半硅氧烷的高分子的结构与性能研究[D];上海交通大学;2007年
5 董正平;喹啉修饰SBA-15介孔分子筛纳米复合材料的制备及其作为荧光纳米探针的性能研究[D];兰州大学;2011年
6 徐平;导电聚合物及其纳米复合材料的制备和性能研究[D];哈尔滨工业大学;2010年
7 左胜武;聚乙烯基石墨纳米复合材料的制备、结构和导电行为及机理研究[D];四川大学;2004年
8 孔庆红;聚合物/铁蒙脱土纳米复合材料的制备及阻燃机理研究[D];中国科学技术大学;2006年
9 邱龙臻;聚合物基层状双氢氧化物和氢氧化镁纳米复合材料的研究[D];中国科学技术大学;2006年
10 丁鹏;聚烯烃/层状双氢氧化物纳米复合材料的制备及性能研究[D];中国科学技术大学;2007年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 戴绍明;聚合物乳液/MMT共混物涂层:结构的形成与涂层性能[D];浙江大学;2005年
2 向丽;线性低密度聚乙烯无卤阻燃体系及其协效作用的研究[D];华南理工大学;2010年
3 王慧;ZnO/Ag纳米复合材料的金属、非金属掺杂及其光催化性能研究[D];青岛科技大学;2010年
4 王璞玉;基于纳米复合材料的低能耗热流控制模块研究[D];浙江大学;2011年
5 李涛海;钛酸盐系列层状纳米光催化复合材料的合成及性质[D];华侨大学;2004年
6 李永波;铁氧体/聚吡咯和镍/硫化锌磁性复合材料的制备与表征[D];中南大学;2010年
7 李伟;壳聚糖基纳米复合材料的制备及性能研究[D];青岛科技大学;2010年
8 何浩礼;聚酰胺6及聚酰胺6/SiO_2纳米复合材料流变力学性能研究[D];湘潭大学;2010年
9 张燕玲;碳纳米材料及其磁功能化组装的研究[D];东华大学;2011年
10 臧杨;聚苯胺—铁氰化镍纳米复合材料的可控制备与电化学性能[D];太原理工大学;2010年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026