磁性金屬空心粉的制備及其電磁性能研究.pdf

1、隨著電子技術的發(fā)展和廣泛應用,電磁干擾和輻射越來越受到人們的重視,能夠有效吸收電磁波的吸波材料已成為材料研究領域的一個熱點。其中,磁性金屬粉如鐵、鈷、鎳及其合金粉因具有較好吸收性能而具有很好的應用前景,但是普通金屬磁性粉體具有密度大的缺點,而航空航天等應用領域要求材料密度低,目前的電磁波吸收材料在較大程度上無法滿足這一要求。因此制備低密度吸波材引起了研究人員的關注,而空心化是一種有效降低材料密度的方法。目前,國內外研究制備空心粉的方法主

2、要是模板法。而在利用自催化還原法制備空心鎳粉的過程中,膠體模板本身參與化學反應,通過消耗自身而形成空心結構。與通常的模板法相比,該方法避免了前期專門制備、處理模板的過程,后期也無需去除模板,大大簡化了制備過程,降低了成本,因此具有較好的推廣應用前景。
　　 本論文以設計并制備優(yōu)異的輕質電磁波吸收材料為目標,將空心結構材料低密度優(yōu)點與磁性材料的強微波吸收性能相結合,同時考慮了納米結構材料光學新穎特性,制備出了粒徑、成分可控的金屬磁

3、性空心粉體,研究了它們的磁性、微波和光學性能,并對它們在微波吸收和太陽能吸熱涂層方面的應用做了預測和探索。主要研究內容及結論如下:
　　 (1)、采用自催化還原法制備出了鎳、鎳-鈷復合空心粉和鎳-四氧化三鐵復合空心粉。在制備過程中,NaOH濃度的增加,會使孕育時間縮短,粉體粒徑降低。對于后兩種復合空心粉體,隨著制備溶液中Co2+或Fe2+濃度的增加,最終樣品中的鈷和四氧化三鐵成分隨之增大。
　　 (2)、利用化學鍍方法制

4、備了鎳-鈷雙層空心粉。隨著還原劑濃度的增加,磷和鈷含量增加；絡合劑濃度的增加,鍍層基本結構由片狀變?yōu)榘魻睿辉趐H值范圍控制在9～10時,鎳粉表面鈷沉積量最多；裝載量的增加,使鍍層變得稀疏；鎳粉粒徑的減小,增大催化活性,鈷沉積量增強。
　　 (3)、空心鎳粉的磁性能(包括飽和磁化強度、矯頑力和剩余磁化強度)隨著粒徑的減小而減弱；當測試溫度升高時,熱運動增強,使磁性能降低；通過高溫熱處理,樣品的結晶度增強,使得磁性能得到提高。通過包

5、覆鈷,可以明顯增加鎳空心粉的磁性能,且隨著鈷沉積量的增加,磁性能不斷增加；當鈷層中磷含量增加時,鍍層結晶度降低,降低了樣品的矯頑力。對于鎳-鈷復合空心粉,鈷含量的增加,明顯增強了樣品的磁性能；當粒徑變小時,矯頑力和剩余磁化強度隨之降低。對于鎳-四氧化三鐵復合空心粉時,粉體磁性能隨Fe3O4含量的增加而增強；粒徑的減小同樣使矯頑力降低。
　　 (4)、對于空心鎳粉,隨著粒徑的減小,介電常數逐步增加,而磁導率則逐步減小,另外,在15

6、GHz附近介電譜線上出現了由固有電偶極子取向極化引起的共振峰,而在4.8GHz附近磁譜譜線上出現了由自然共振導致的共振峰。
　　 (5)、通過在空心鎳粉表面包覆鈷制備雙層空心粉,可以使磁導率增加,但是由于鈷層存在網絡結構,介電常數減弱；隨著還原劑濃度的增加,磷和鈷含量增加,復介電常數和磁導率均增加；隨著絡合劑濃度的增加,使沉積速度減緩,致使樣品中鈷含量降低,從而引起磁導率的降低,由于鈷層結構同時發(fā)生變化,使得介電常數的實部逐步增

7、加,虛部則是不斷減小。對于鎳鈷雙層空心粉,當鈷含量低、磷含量較高以及鉆層結構為棒狀時,其微波吸收能力比較高。
　　 (6)、鎳-鈷復合空心粉的復介電常數和磁導率隨著鈷含量的增加而增加,但當鈷含量超過鎳含量時,電磁參數則會降低；隨著粒徑的減小,鎳鈷復合空心粉的介電常數逐步增加,而磁導率則是降低。對于鎳鈷復合空心粉,鎳鈷比例為6:1時在5.3GHz的反射損耗為-45.3dB,具有良好的微波吸收性能。
　　 (7)、鎳-四氧化

8、三鐵復合空心粉的介電常數隨著Fe3O4含量的增加逐步降低,磁導率則是在高頻逐漸增加；粒徑的減小會使Ni-Fe3O4復合空心粉介電常數變大,但對磁導率的影響因頻率不同而不同,在低頻時有增大的趨勢,在高頻則是降低。對于Ni-Fe3O4復合空心粉,最小反射損耗(-42.2dB)出現在14.8GHz,較薄(1.5mm)的涂層獲得了比較理想的微波吸收性能。
　　 (8)、研究了粒徑對空心鎳粉的光吸收性能的影響,探索了空心鎳粉在太陽能吸熱涂

9、層上的應用。研究發(fā)現,在UV-Vis-NIR范圍內,空心鎳粉的光吸收系數隨著波長的增大而減小,當鎳粉粒徑變小時,光吸收能力增加；由于等離子共振,小粒徑鎳粉在375nm處出現吸收峰。熱處理后的鎳粉晶粒尺寸增大,光吸收性能輕微減弱,紫外區(qū)的共振峰的位置發(fā)生藍移。以鎳粉為吸收劑、丙烯酸樹脂為粘結劑、鋁板為基板制備的涂層,在太陽光譜區(qū)具有優(yōu)秀的吸收性能,總吸收率α最高可達到0.98。
　　 本論文的主要創(chuàng)新之處:以檸檬酸鈉為絡合劑通過化