基于結(jié)構(gòu)缺陷研究TiN納米復合材料的電磁性能和吸波性能.pdf

1、作為耐高溫陶瓷材料,TiN具有高熔點,高硬度,以及良好的耐蝕性能和導電、導熱性能,在電子領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。迄今關(guān)于TiN的形貌控制及其磁性能和電磁性能的研究報道很少,而關(guān)于納米材料磁損耗與缺陷之間關(guān)系的研究尚屬空白。為此,以實驗室自制鈦酸納米管(簡稱NTA)為前驅(qū)體制備了摻雜及復合納米TiN,利用透射電子顯微鏡、X射線衍射儀、拉曼散射光譜儀、X射線光電子能譜儀等分析了摻雜及復合納米TiN的形貌、結(jié)構(gòu)、組成;采用超導量子干涉儀和矢量

2、網(wǎng)絡(luò)分析儀測定了其磁性及電磁性能;進而探討了樣品組成、形貌、結(jié)構(gòu)及缺陷對其磁性和電磁性能的影響,系統(tǒng)研究了納米氮化鈦的結(jié)構(gòu)與其電磁性能之間的構(gòu)效關(guān)系,主要研究內(nèi)容和結(jié)果如下:
　　1.以實驗室自制的鈦酸納米管為前驅(qū)體,以乙二胺為N源,采用高溫氮化法成功制備出粒徑為30nm左右的TiN納米微粒,分析了其形貌、組成和電磁性能。
　　2.以氨氣為N源,采用熱氮化法制備了不同摻雜比例的Mn-TiN和Zn-TiN復合材料,分析了其形貌

3、、結(jié)構(gòu),以及磁性和電磁性能。發(fā)現(xiàn)隨著摻雜比例的增加,Mn-TiN逐漸從抗磁性向室溫鐵磁性轉(zhuǎn)變,而Zn-TiN表現(xiàn)為抗磁性。當Mn-TiN(Mn摻雜比例為1.5％;質(zhì)量分數(shù),下同)復合材料的厚度為2mm時,其在16.5GHz頻率下的反射率可達-38dB;當Zn-TiN(Zn摻雜比例為20%)復合材料的厚度為2mm時,其在12GHz頻率下的反射率可達-32dB。此外,盡管大比例摻雜的Zn-TiN不顯示靜態(tài)磁性,但其對電磁波仍產(chǎn)生一定的磁損耗

4、。鑒于此,可以推測所制備的Mn-TiN和Zn-TiN復合材料材料的吸波性能與其缺陷的種類和含量等因素存在某種內(nèi)在關(guān)系;而其磁損耗同樣和缺陷存在某種對應(yīng)關(guān)系。
　　3.鑒于材料的電磁波吸收機制主要包括介電損耗和磁損耗,而TiN是一種以介電損耗為主的材料,若將其與磁性材料進行復合,將有望賦予材料磁損耗機制,從而提高其吸波性能。為此,在前述氮化鈦制備研究的基礎(chǔ)上,以Fe(NO)3·9H2O為Fe源,采用熱氮化法(溫度1000℃、氮化時間

5、7h)成功制備了不同組成的TiN/Fe2N納米復合材料,分析測定了產(chǎn)物的磁性和電磁性能。發(fā)現(xiàn)當TiN/Fe2N納米復合材料樣品的Fe元素含量為25%時,其吸波性能優(yōu)良。厚度為3mm的該復合材料在頻率7GHz附近的反射率可達-38dB;而厚度1~5 mm的該復合材料反射率小于-10dB的頻寬達4.6GHz。這意味著該復合材料在一定的頻段范圍對入射電磁波的吸收可達90%以上,顯示出優(yōu)良的電磁波吸收性能。可以推測,TiN/Fe2N納米復合材料