微納結構四氧化三鐵復合材料的制備及吸波性能研究.pdf

1、隨著吉赫茲(GHz)頻率范圍的電磁波在無線通信領域的廣泛應用，諸如電磁干擾、信息泄露等問題亟待解決。此外，軍事領域中的電磁隱身技術與導彈的微波制導需要，使得微波吸收材料受到持續(xù)而廣泛的關注。因此，迫切需要發(fā)展一種厚度薄、質量輕、頻帶寬、強吸收的吸波材料。Fe3O4因具有高的磁導率、低毒、低成本且容易獲得等優(yōu)勢，被認為是最有可能成為在吉赫茲范圍內使用的理想吸波材料。然而，傳統(tǒng)的Fe3O4用于吸波材料仍存在一些缺點，如密度大、吸波頻帶窄、吸

2、波強度不大等。因此，一些復合吸波材料已被提出，包括Fe3O4與介電材料復合、Fe3O4與導電聚合物復合、Fe3O4與碳納米管復合等。本論文主要目的是發(fā)展一種簡單的方法獲取尺寸、形貌可控的Fe3O4基微納結構復合材料，研究復合材料的吸波性能，并探索吸波性能與材料組分、形貌之間的關系。取得的主要研究結果如下:
　　 (1)為了降低羰基鐵粉(carbonyl iron powders，CIP)的介電常數值以及渦流效應，以提高微波吸收性

3、能，采用了簡單的水熱合成技術，通過控制反應體系中的pH值(pH=12，13，14)，合成了核殼結構CIP/Fe3O4復合材料。對pH值為13的產物(CIP/Fe3O4，pH=13)，在寬頻區(qū)獲得了強的微波吸收性能。當其匹配厚度為2.0mm時，反射損耗低于-10dB的頻率范圍從8.7GHz一直到15.0 GHz，最大反射損耗峰達到-38.1dB。吸波性能遠遠超過了CIP和Fe3O4單一組分吸波劑所具有的吸波性能。這一優(yōu)異的吸波性能與這種特

4、殊核殼結構同時具有高的磁損耗與適當的阻抗匹配有關。
　　 (2)為了實現輕質強吸收的吸波性能，采用球磨和水熱合成兩步方法制備了片狀羰基鐵/Fe3O4復合材料。當匹配厚度為3.0mm時，在pH值為12和13的反應系統(tǒng)中得到的BMCI/Fe3O4復合材料，其最大反射損耗峰值分別達到-33.5dB和-28.2dB。與此同時，與上述CIP/Fe3O4復合材料相比，吸波劑的用量減少了一半，體積分數僅為20％。
　　 (3)采用簡單

5、的溶劑熱方法，合成了輕質的空心微珠/Fe3O4復合材料(Hollow glass microspheres/Fe3O4，HGMs/Fe3O4)。所得復合材料呈現優(yōu)異的吸波性能。當樣品厚度超過1.5mm時，出現強的吸收峰。對于反應2h的樣品，在頻率6.0-11.8GHz頻率范圍內反射損耗值低于-20dB。當樣品厚度為3.0mm時，在7.3GHz處，最大反射損耗峰達到-36.2dB?？招奈⒅?Fe3O4復合材料具有優(yōu)異吸波性能，與這種空心結

6、構限制電磁波在空腔里面，并導致其在空腔里面發(fā)生多次散射、多次反射和多次吸收有關。
　　 (4)為獲得輕質的強吸波材料，采用溶劑熱法合成了多壁碳納米管/Fe3O4復合材料(multiwalled carbon nanotubes/Fe3O4，MWCNTs/Fe3O4)和碳球/Fe3O4復合材料(carbon spheres)/Fe3O4，CSs/Fe3O4）。對于MWCNTs/Fe3O4復合材料，當復合材料中MWCNTs含量為40