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磁性微米纳米材料的制备及其高频磁性研究

马治  
【摘要】:近年来,随着GHz频段的无线通讯和微波电路的快速发展,电磁污染成为人们实际生活中逐渐关注的热点问题。在军事领域,由于现代电子信息技术和雷达探测系统的迅猛发展极大地提高了对战争中目标的搜索、跟踪、攻击的能力,传统的武器系统和防御平台面临严峻的考验。反雷达、红外、可见光、声学、烟雾、轨迹探测的隐身技术便应运而生。第二次世界大战之后,雷达波隐身技术成为军事战略的制高点之一。除结构设计减小雷达散射截面技术之外,隐身涂层材料的研制是当前研究的重点。研究隐身涂层材料在高频段的微波吸收机理也成为当前研究的难点所在。为了全面系统地研究磁性微米纳米涂层材料的微波吸收机理和微波吸收性能,本文主要完成了以下几个方面的工作: 首先,制备了不同形貌的钴材料并研究了其微波吸收性能。通过使用十二烷基苯磺酸钠和酒石酸钠表面活性剂易于形成定向胶束的特性,控制合成了金属钴微米球,纳米带,微米球链,微米花。对其静态磁性的研究表明,形状各向异性是决定不同形貌样品具有不同矫顽力的关键因素。对花状钻颗粒的微波吸收机理的研究表明,其界面偶极极化共振并不满足德拜定律,而是满足洛伦兹弛豫定律;其高频段的微波磁导率共振,应该来自于样品磁矩的自然共振和交换共振。 其次,对微米八面体氧化铁和Mn1-xZnxFe2O4的微波吸收性能进行了研究。对四氧化三铁微米颗粒的微观结构和动态磁性的研究表明,水热法制备的四氧化三铁颗粒结晶良好,呈现规则的八面体结构。在低频段和较厚的匹配厚度时,其微波吸收可以小于-10dB,但其吸收频带较窄。而对Mn1-xZnxFe2O4的微波吸收性能的研究表明,样品中磁性比例越高,其微波吸收性能越好。但样品的微波吸收性能并不与样品中Zn的含量和样品的静态磁性之间有对应的关联。这一结果说明,样品的静态磁性和各向异性的大小不能直接决定样品的微波吸收性能的好坏,其他因素是决定样品的微波吸收性能的关键因素。 再次,对四类复合材料的微波吸收机理和性能进行了系统地研究。第一类:铁钴合金与钴铁氧体的复合,研究表明:FeCo/CoFe204(FeCo wt.77%)样品是宽带的强微波吸收材料,其RL最小值达到-51dB,而RL小于-10dB的带宽达到了16GHz。第二类:钛酸钡/羰基铁粉、钛酸钡/Ni-Co-P的铁电铁磁复合材料。研究表明:羰基铁粉与钛酸钡混合球磨制备的复合材料具有优异的微波吸收性能,其小于-10dB的微波吸收带宽达到16GHz。而且相对于传统的羰基铁粉,复合材料将其有效微波吸收频段拓展到了较低的频带。良好的微波吸收,来自于两相复合过程中产生的偶极极化洛伦兹共振损耗和颗粒细化引入的交换共振损耗,以及界面处良好的阻抗匹配效应。第三类:研究了羰基铁粉与氧化锌复合材料。其最佳RL达到了-60dB;RL-20dB的频段宽度达到了9GHz(8.4-17.9GHz)。且对应地单层吸波体的厚度较小(1.3-2.3mm),反映出羰基铁与氧化锌的复合物是一种良好的微波吸收材料,可望在实践中得到广泛的应用。其微波吸收与四分之一波长定律及阻抗匹配之间的关系研究表明,在单层的微波吸收体中,阻抗匹配是决定性的因素。第四类:Si02-Ni绝缘-磁材料核壳对称结构的复合。研究发现,核壳结构复合材料的有效介电常数和有效磁导率决定于核的半径或壳层的厚度及绝缘与磁性相的质量百分比。通过调节复合结构中绝缘相与磁性相的比例,可以有效调节样品的有效介电常数和磁导率,进而调节样品的输入阻抗,使其达到较好的阻抗匹配,从而为制备出较宽频带的微波吸收剂提供了指导。 最后,从实数域的阻抗匹配方程,首次定义出了阻抗匹配度的概念。阻抗匹配度是指,用单层吸波体的输入阻抗与空气阻抗的差值来表示阻抗匹配的程度。这个差值越大,阻抗匹配的程度越差,差值越小,样品阻抗匹配的程度越好,样品的微波吸收性质更好。对阻抗匹配度与微波反射吸收之间关系的研究表明,阻抗匹配度与微波吸收之间的关系不受频率和复介电常数、复磁导率的影响。反射损耗最小的地方,其阻抗匹配度的值越小,两者之间近似满足指数生长的规律。


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