基于核壳结构的材料电磁参数调制及吸波性能研究

【摘要】吸波材料由于其在电磁辐射污染控制、电子产品电磁兼容及军事隐身等方面的重要应用而被国际学界高度重视,是21世纪先进功能材料重要的研究热点之一。随着电磁防护技术的快速发展,人们对吸波材料的研制也提出了更高的要求。为更好实现“薄、宽、轻、强”的目标,新材料的可设计性和电磁参数的调制性成为研究的重点。其中,核壳结构材料由于其独特的结构和可设计性,在电磁波吸收等诸多领域显示出了优异的性能,吸引了众多科研人员的兴趣。本文工作以此为核心展开,重点研究多种核壳结构材料的制备、电磁参数调制和吸波性能设计。首先以片状FeSiAl微粉为核,采用原位聚合法制备了核壳结构的FeSiAl/PANI复合材料,利用SEM、EDS、XRD和IR等手段对其进行了表征和分析。探索了反应温度、反应时间、包覆量等因素对PANI包覆层的致密度、均匀性和材料整体电磁特性的影响。研究发现：在温度为0-10℃,iDBSA/AN=1.5:1,nAPS/AN=3:2,mFeSiAl/AN=2:1,反应时间为8h的条件下,可获得包覆质量较好、电磁吸收性能优异的FeSiAl/PANI复合材料。结果表明：包覆PANI壳层后,材料的复介电常数实部ε’和虚部ε”有所增加,复磁导率μ’和μ”相对减小,其吸波性能有所提高。根据测试所得FeSiAl/PANI的电磁参数,利用传输线理论模拟其在单层吸波体厚度为4mm时的反射损耗,发现f=6GHz处获得最小RL值-37.3dB,RL<-10dB的频带宽度为3.34GHz。随着吸波体厚度的增加,会出现两个反射损耗峰,低频和高频各分布一个,峰位随之向低频移动。通过化学沉淀法在CIP表面包覆了一层ZnO,本文还成功制备出了具有核壳结构的CIP/ZnO复合材料。包覆ZnO后,材料的复介电常数￡’和ε”变大,复磁导率μ’和μ”减小。在合成过程中,控制核、壳组分的质量比,发现CIP表面包覆的ZnO越多,材料整体的电磁参数均呈减小的趋势。通过对壳层ZnO包覆量的调整,可有效控制CIP/ZnO复合材料的电磁特性。从电磁波反射损耗的模拟计算可知,CIP/ZnO复合材料的最小RL值为-10dB,较包覆前CIP粒子的吸波性能有所增强。还通过氧化还原法成功制备了CIP/MnO2复合材料,发现：在Mn02介电损耗和核、壳存在的界面极化损耗的综合作用下,材料的复介电常数实部ε’和虚部ε”均有所提高；而磁导率实部部μ’相对CIP并没有太大变化,虚部μ”值略微减小。对比CIP、MnO2和CIP/MnO2三个材料的吸波性能发现,复合物CIP/MnO2在低频4GHz左右的吸收有所增强,这对发展低频电磁波吸收材料是非常有利的。本文成功制备出系列核壳结构电磁功能材料。整体研究表明,通过调控核壳结构中材料的组成及结构,可实现对核壳结构整体材料电磁参数的有效调制,从而优化其吸波性能,可为制备高性能电磁波吸收材料奠定基础。
【作者】王明铭；
【导师】郝万军；
【作者基本信息】海南大学，材料物理与化学，2014，硕士
【关键词】磁性材料；核壳结构；导电聚合物；电磁特性；调控；吸波性能；

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