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SnO_2纳米材料制备与微波吸收性能研究

冯海涛  
【摘要】: 近来,由于在GHz频率范围内的电磁屏蔽材料在民用、商业、军事等各个领域的应用越来越广泛,微波吸收材料得到了世界范围内越来越多的关注。传统微波吸收材料主要是磁性金属和合金颗粒等,其比重太大、合成困难的缺点极大地限制了它的应用。新一代微波吸收材料必须满足吸收强、比重轻、频带宽、结构稳定、易于合成等多个优点。纳米材料由于其比表面积大、表面原子悬挂键比较多的等原因,成为一个比较好的选择。 由于Sn02纳米材料的高电导率、化学稳定性、光致发光和气敏特性,使得它在化学、光学、电子学等其他领域获得了越来越多的关注。但是它的电磁性质和微波吸收性能还很少有人研究。这里我们使用溶胶-凝胶法(sol-gel)、化学气相沉积法(CVD)分别制备了未掺杂和Co掺杂的SnO2纳米颗粒、SnO2纳米线,深入研究其电磁性质和微波吸收性能。主要的研究工作和结论如下: (1)利用溶胶-凝胶法制备了未掺杂的SnO2纳米颗粒,并研究其电磁性质和微波吸收性能,测试了SnO2纳米颗粒/石蜡复合材料在填充比例分别为10、20、30、40、50%频率范围为0.1-18GHz下的介电常数与磁导率。其实部和虚部都近似的随填充比例的增加而增加。填充比例为40%的复合材料在13GHz处获得最大吸收-27.5dB,其匹配厚度为2mm。这种材料可以作为一种低密度、高稳定性、宽频带的吸波材料。我们研究了Co掺杂原子对材料电磁性质和吸波性能的影响。 (2)利用化学气相沉积方法制备了SnO2纳米线,对其与石蜡复合材料的介电常数和磁导率的研究表明,由于其较好的电磁匹配和较强的极化作用,复合材料具有优异的微波吸收性能。填充比例为20%的复合材料在14GHz处获得最大吸收-32.5dB,其匹配厚度为5mm。通过测试结果与有效介质理论计算结果比较表明,有效介质理论可以用作定性分析,而在做定量分析时出现较大误差。 (3)我们展示了一个简化的化学气相沉积方法,并在没有使用任何模板、表面活性剂、聚合剂的情况下合成了SnO2分等级纳米材料,并深入研究了不同实验参数同最终产物形貌的关系。


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