Ni-SnO2復(fù)合材料制備和結(jié)構(gòu)調(diào)控及其吸波性能的研究.pdf

1、本文設(shè)計(jì)了不同結(jié)構(gòu)的Ni/SnO2復(fù)合材料，進(jìn)而研究其結(jié)構(gòu)對(duì)電磁波吸收性能的影響和吸波機(jī)理，從而達(dá)到以結(jié)構(gòu)控制性能的目的。首先制備了尺寸均勻的Ni微球(~1.0μm)和尺寸大小約為80 nm的SnO2納米顆粒。簡單機(jī)械混合Ni微球和SnO2納米顆粒所制得的混合物，對(duì)比于單一的Ni微球和SnO2納米顆粒，此混合物表現(xiàn)出相對(duì)提高的電磁吸收性能，其主要原因是混合物中結(jié)合了磁損耗和介電損耗的雙重?fù)p耗機(jī)制。隨后引入特殊多孔結(jié)構(gòu)、核殼結(jié)構(gòu)、核-空-

2、殼結(jié)構(gòu)來研究其結(jié)構(gòu)的變化對(duì)其復(fù)合材料吸波性能的影響。本研究主要內(nèi)容包括：
　　⑴SnO2納米粒子沉積在中空多孔Ni骨架的新型雜化材料通過兩步法(液相化學(xué)還原和水熱腐蝕法)成功制備。在此實(shí)驗(yàn)方案中，反應(yīng)溫度對(duì)最終產(chǎn)物的形態(tài)和結(jié)構(gòu)有很大的影響，同時(shí)提出了一個(gè)基于化學(xué)反應(yīng)酸腐蝕的形成機(jī)制。相比于原始的Ni球和簡單機(jī)械Ni/SnO2混合物，中空多孔Ni/SnO2雜化復(fù)合材料表現(xiàn)出優(yōu)異的微波吸收能力，其最小的反射損耗為-36.7 dB，另外

3、，其有效帶寬(RL<-10dB，90％的微波吸收)可以通過控制吸波體的涂層厚度(1.5-3.5 mm)來調(diào)整。此中空多孔Ni/SnO2復(fù)合物的優(yōu)異微波吸收特性歸因于良好的阻抗匹配，多次反射和散射，界面極化和特殊的中空多孔結(jié)構(gòu)。
　?、埔詢煞N不同尺寸(500 nm,1.0μm)的Ni球?yàn)楹耍琒nO2納米顆粒為殼的核殼結(jié)構(gòu)復(fù)合材料通過兩步法(液相還原法和模板法)成功制備。通過研究核殼復(fù)合材料的吸波性能，可以發(fā)現(xiàn)Ni@SnO2復(fù)合材料的

4、電磁波吸收性能比單一的鎳微球、單純SnO2納米顆粒以及機(jī)械混合物的吸波性能要好。核殼Ni@SnO2復(fù)合材料的吸波性能可以通過調(diào)節(jié)殼物質(zhì)氧化錫的含量來調(diào)控。對(duì)于微米Ni核@SnO2納米顆粒復(fù)合材料，它的最低的回波損耗值是-22.5 dB，其有效的微波吸收頻段(反射損失在-10 dB下)是4.4 GHz(13.2-17.6 GHz)。其吸波機(jī)制主要是因?yàn)楦叩慕殡姄p耗和磁損耗的協(xié)同效應(yīng)，良好的阻抗匹配性，Ni核渦流效應(yīng)的抑制，以及核/殼界面的

5、界面極化弛豫效應(yīng)。對(duì)于亞微米Ni(500 nm)為核，SnO2納米顆粒為殼的核殼結(jié)構(gòu)復(fù)合材料，相比微米Ni核@SnO2納米顆粒復(fù)合材料，其性能顯著地提高，在吸波涂層的厚度僅為1.5 mm時(shí)，其最小的回波損耗值是-43.3 dB(99.99%的電磁波吸收)。其性能的提高除了微米Ni核@SnO2納米顆粒復(fù)合材料所提到的介電損耗和磁損耗的協(xié)同效應(yīng)、良好的阻抗匹配性以及界面極化等損耗機(jī)制的作用外，亞微米的Ni(500 nm)核相對(duì)于微米的Ni(

6、1.0μm)核，尺寸較小，其表面有許多的懸掛鍵和缺陷(尺寸效應(yīng))，在電磁場的誘導(dǎo)激發(fā)下，這些懸掛鍵和缺陷是極化的中心，從而引起電磁波損耗。
　?、茄芯繗の镔|(zhì)的形貌和結(jié)構(gòu)對(duì)核殼結(jié)構(gòu)的亞微米Ni核@SnO2復(fù)合材料的電磁性能影響。在此實(shí)驗(yàn)中，鹽酸的濃度對(duì)核殼Ni@SnO2復(fù)合材料的形態(tài)和微觀結(jié)構(gòu)有很大的影響，通過分析不同鹽酸濃度的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，提出了一個(gè)SnO2納米棒生長于亞微米Ni球表面的復(fù)合材料形成機(jī)理。相比于純亞微米Ni球，核殼結(jié)構(gòu)

7、Ni@SnO2復(fù)合材料表現(xiàn)出更好的熱穩(wěn)定性。核殼結(jié)構(gòu)中的SnO2納米棒的尺寸形貌可以通過控制前驅(qū)體氯化亞錫含量來調(diào)整。與之前研究的微米Ni核@SnO2納米顆粒和亞微米Ni核@SnO2納米顆粒復(fù)合材料相比，此SnO2納米棒生長于亞微米Ni核殼結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料表現(xiàn)出優(yōu)異吸波性能。SnO2納米棒在改善微波吸收性能方面扮演了重要角色，尤其是殼物質(zhì)SnO2特殊一維棒狀納米結(jié)構(gòu)，類似天線原理可以用來解釋吸波性能提高的原因。其最佳的反射損失在13.9

8、GHz為-45.0 dB并且其吸波涂層厚度僅僅為1.8 mm，此外它的有效吸波頻寬(RL低于-10 dB)可以達(dá)到3.8 GHz(12.3-16.1 GHz)。
　　⑷研究了核Ni@空@SnO2復(fù)合材料的電磁波吸收性能。相比較亞微米Ni核@SnO2核殼結(jié)構(gòu)(Ni@SnO2納米顆粒，Ni@SnO2納米棒)復(fù)合材料，此Ni@空@SnO2復(fù)合材料表現(xiàn)出優(yōu)異的吸波性能，在吸波涂層厚度僅為1.5 mm時(shí)，最佳反射損耗是-50.2dB在17.

9、4 GHz頻率下，其有效的吸波頻段為10.6-14.0 GHz。此外我們調(diào)節(jié)了核@空@殼異質(zhì)結(jié)構(gòu)中殼物質(zhì)的成分，制備了一種以金屬Ni為核，雙重物質(zhì)SnO2(Ni3Sn2)為殼的核@空@殼異質(zhì)結(jié)構(gòu)的三元復(fù)合物。我們提出了一個(gè)基于腐蝕反應(yīng)、原電池原理和柯肯達(dá)爾效應(yīng)協(xié)同作用的形成機(jī)理。此Ni@空@SnO2(Ni3Sn2)復(fù)合物表現(xiàn)出優(yōu)異的電磁吸波性能，此優(yōu)異的吸波性能主要是由于特殊的核@空@殼異質(zhì)結(jié)構(gòu)和雙元SnO2(Ni3Sn2)殼物質(zhì)。從兩