介電層包覆鐵磁金屬微納米顆粒的結(jié)構(gòu)與電磁性能.pdf

1、本文利用簡(jiǎn)單、便利、高產(chǎn)的液相還原法在較低的溫度下合成了不同元素種類(lèi)及成分比的具有球狀、花狀、樹(shù)葉狀及鏈狀結(jié)構(gòu)等不同形貌的鐵磁金屬微納米顆粒。然后分別利用溶膠-凝膠和水熱工藝對(duì)鐵磁金屬微納米顆粒進(jìn)行了SiO2和C介電材料的包覆，得到了覆層核殼結(jié)構(gòu)微納米球。本文還利用水熱法合成了FeNi3@C核殼鏈狀結(jié)構(gòu)。利用SEM、TEM、EDS和XRD等手段對(duì)鐵磁金屬微納米顆粒及其介電層包覆核殼結(jié)構(gòu)的微觀組織結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征和分析。通過(guò)VNA和PPMS

2、等儀器對(duì)鐵磁金屬微納米顆粒及其介電層包覆核殼結(jié)構(gòu)的電磁性能進(jìn)行了測(cè)試?；跍y(cè)試所得到的電磁參數(shù)，利用傳輸線原理計(jì)算對(duì)鐵磁金屬微納米顆粒及其介電層包覆核殼結(jié)構(gòu)的電磁波吸收性能進(jìn)行了評(píng)價(jià)。
　　對(duì)鐵磁金屬微納米顆粒靜態(tài)磁性能測(cè)試發(fā)現(xiàn)，通過(guò)對(duì)元素種類(lèi)和成分比的調(diào)控，可以有效地改變鐵磁金屬微納米顆粒的靜態(tài)磁性能。FeNi合金納米顆粒具有較低的矯頑力，CoNi合金具有高的矯頑力，而FeCo合金具有高的飽和磁化強(qiáng)度，F(xiàn)eCo合金微納米顆粒的飽

3、和磁化強(qiáng)度明顯高于塊體鐵和鈷，這說(shuō)明通過(guò)液相還原法可以在較低的溫度下得到鐵磁合金微顆粒，而不是Fe和Co金屬單質(zhì)的混合相。如果固定元素種類(lèi)，隨合金元素成分比變化，鐵磁合金微納米顆粒的靜態(tài)磁性能規(guī)律性地變化。例如，對(duì)于Co(1-x)Nix合金微納米顆粒，隨著Co含量的增加，其剩磁、飽和磁化強(qiáng)度和矯頑力都規(guī)律性增加。這為研究靜態(tài)磁性能對(duì)電磁性能的影響規(guī)律提供了方便。
　　對(duì)鐵磁金屬微納米顆粒電磁性能研究發(fā)現(xiàn)，顆粒尺寸和形貌對(duì)合金電磁性

4、能影響顯著，具有小的顆粒尺寸、大的比表面積和形狀各向異性的樣品具有更高的介電常數(shù)和更顯著的介電極化和弛豫。對(duì)于鐵磁金屬納米顆粒填充石蠟的復(fù)合物，小尺寸和大比表面積的金屬微顆粒樣品在相同的質(zhì)量分?jǐn)?shù)比的情況下，具有更高的體積分?jǐn)?shù)，因此具有更高的介電常數(shù)。金屬微顆粒具有小顆粒尺寸和大比表面積的樣品同樣具有更大的金屬導(dǎo)體和介電絕緣體界面，因此具有更高的介電常數(shù)和更顯著的介電極化和弛豫現(xiàn)象。同時(shí)，具有小的顆粒尺寸、大的比表面積和形狀各向異性的金屬

5、微顆粒也有更高的磁導(dǎo)率和自然共振頻率。這是由于其具有更高的表面原子比例，更高的各向異性場(chǎng)以及渦流效應(yīng)被有效抑制等多因素共同作用的結(jié)果。顯著的介電弛豫損耗和高的自然共振損耗有利于獲得更優(yōu)異的高頻電磁波吸收性能。
　　利用傳輸線原理計(jì)算發(fā)現(xiàn)鐵磁金屬微納米顆粒填充石蠟復(fù)合物具有優(yōu)異的電磁波吸收性能。對(duì)Fe0.14(CoNi)0.25三元合金納米顆粒，在吸波涂層厚度僅為1.8mm時(shí)，其超過(guò)-10dB的有效吸收帶為8GHz；在涂層厚度為2.

6、3mm時(shí)，其最大電磁損耗達(dá)到-58.9dB。通過(guò)金屬Co和Ni單質(zhì)的復(fù)合填充可以有效地降低吸波涂層的匹配厚度，并且吸收帶位置隨著Co/Ni摩爾比的變化發(fā)生規(guī)律性的移動(dòng)。本文還在工藝參數(shù)不變的情況下通過(guò)對(duì)鐵磁金屬微納米顆粒的元素種類(lèi)和成分比的調(diào)控，實(shí)現(xiàn)了對(duì)其電磁參數(shù)進(jìn)行調(diào)控，進(jìn)而完成了對(duì)其電磁波吸收性能的有效調(diào)控。研究發(fā)現(xiàn)無(wú)論是電磁波吸收的強(qiáng)度，有效吸收帶的寬度，還是有效吸收帶的位置都可以在很大的范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)控，這可以滿(mǎn)足材料在不同工作頻

7、帶的應(yīng)用需求。例如，對(duì)于具有花狀結(jié)構(gòu)的Fe(1-x)Cox合金微納米顆粒，F(xiàn)e0.4Co0.6合金的有效工作頻帶在S-band(2-4GHz)和C-band(4-6GHz)，F(xiàn)e0.4Co0.6合金的有效吸收頻帶在X-band(8-12.4GHz)和Ku-band(12.4-18GHz)，而Fe0.4Co0.6合金的有效工作頻帶在C-band和X-band。
　　SEM和TEM研究表明利用溶膠凝膠和水熱工藝可以實(shí)現(xiàn)對(duì)鐵磁金屬微顆粒

8、的SiO2和C顆粒膜包覆。對(duì)FeNi3@SiO2核殼結(jié)構(gòu)亞微米球，SiO2介電顆粒膜的平均厚度大約為25nm，F(xiàn)eNi3@C核殼結(jié)構(gòu)納米球中C包覆層的平均厚度為10nm。介電包覆可以有效絕緣和隔離鐵磁金屬微納米顆粒，防止其團(tuán)聚、氧化并減小鐵磁金屬磁性微納米顆粒間的磁性耦合。電磁性能研究發(fā)現(xiàn)，SiO2和C介電包覆能有效地抑制渦流效應(yīng)的發(fā)生。對(duì)于電磁波吸收材料，其復(fù)數(shù)介電常數(shù)和磁導(dǎo)率及其兩者之間的匹配特性決定最終的吸波性能好壞。介電包覆彌補(bǔ)