磁性四氧化三铁纳米复合材料的制备及其微波吸收应用研究

【摘要】近年来,由于电磁波辐射和电磁波干扰现象日益严重,所以电磁波吸收材料的研究被广泛关注。Fe304作为一种传统的铁氧体系吸波材料,具有自然资源丰富、环境污染小、制备工艺简单、吸波强度深等优点,并且是一种双复介质材料即兼具介电损耗和磁损耗特性,因此在吸波材料方面具有广泛的应用。而Fe304纳米材料与本体的Fe304相比,其表面积大,界面极化增强,吸波性能增强。本文通过溶剂热法制备出了Fe304空心半球与还原氧化石墨烯(r-GO)的复合材料、Fe304空心半球、Fe304空心半球/Ni纳米复合材料和碳包覆Fe304纳米粒子,研究了其微波吸收性能,并且对其吸波机理进行了探讨。主要研究内容如下：Fe304空心半球的制备及其吸波性能研究采用溶剂热法,以P123为软模板,以氯化铁(FeCl3·6H2O)为铁源,制备出分散性较好的Fe304空心半球/r-GO纳米复合材料,将Fe304空心半球/r-GO纳米复合物放入管式炉中,在380℃下空气中煅烧120min以除去r-GO,最终得到外径为250nm左右、壁厚为80nm左右的形貌均一的Fe304空心半球。通过透射电子显微镜(TEM)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)研究了样品的形貌、结构和组成。还通过微波网络分析仪采用透射／反射法分别研究了空心半球Fe304/r-GO纳米复合材料和Fe304空心半球的吸波性能。研究结果表明,与]Fe3O4/r-GO纳米复合材料相比,Fe304空心半球具有良好的吸波性能。当样品质量分数为60%、样品厚度为4mm时,在频率为7.6GHz处Fe304空心半球具有最低的微波反射损耗值为27.84dB,而且-10dB以下反射损耗值的吸波宽度达到了2.72GHz,吸收频段为6.16-8.88GHz。分析结果显示,Cole-Cole半圆德拜极化弛豫中的两个半圆表明为双重介电弛豫损耗：一个为界面极化弛豫,另一个为电偶极子弛豫。通过不同煅烧温度得到的样品的X射线光电子能谱和红外数据显示,Fe304空心半球样品中较高浓度的Fe2+和组成Fe304空心半球的Fe304纳米颗粒间的界面导致了增强的界面极化弛豫,使得介电损耗增强。而磁损耗是Kittell自然共振和交换耦合共振引起的,而且以Kittel自然共振为主。二.Fe304空心半球/Ni复合物的制备及其吸波性能研究将Fe304空心半球放入已配置好的镀液中进行化学镀镍,使Fe304空心半球内外表面镀上一层厚度约为50nm的镍,从而得到Fe304空心半球/Ni复合物。对Fe304空心半球/Ni复合物的吸波性能的研究结果表明介电损耗主要来自于界面极化弛豫,而磁损耗是由Kittel自然共振和交换耦合共振共同引起的。三.碳包覆的Fe304纳米粒子的制备及其吸波性能研究利用溶剂热法,以二茂铁为前驱物,以丙酮为溶剂,成功制备出了碳包覆的Fe304纳米粒子,探讨了不同反应温度对产物形貌尺寸的影响。研究结果表明,反应温度越高得到的碳包覆的Fe304粒子尺寸越小。当反应温度为210℃时,碳包覆的Fe304粒子的尺寸为120nm；而当反应温度为180℃时,碳包覆的Fe304粒子的尺寸增大到200nm。此外,我们研究了反应温度为210℃下得到的碳包覆的Fe304纳米粒子的微波吸收性能,结果显示,碳包覆的Fe304粒子具有良好的吸波性能,在8.56GHz具有最大的微波反射损耗值为24.2GHz。与Fe304空心半球的吸波性能相比,反射损耗值在-10dB以下的吸波频段明显拓宽,吸波宽度达到了3.52GHz,频率范围为7.0-10.52GHz。
【作者】邹建平；
【导师】毕红；
【作者基本信息】安徽大学，应用化学，2014，硕士
【关键词】Fe3O4空心半球；界面极化弛豫；Kittel自然共振；碳包覆的Fe3O4纳米粒子；微波吸收性能；

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