界面调控磁性纳米胶囊的微波吸收性能

来源 :中国科学院大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:forever_2010
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本文以磁性纳米胶囊为研究对象,研究了基于纳米胶囊的复合物在2-18GHz频率范围内的微波吸收性能。发现,控制纳米胶囊复合物的微观结构,优化微波吸收样品的厚度(d)、电磁参数(ε,ε",μ,μ")和质量百分数等参数,能够显著提高复合物整体微波吸收性能。  纳米胶囊复合物的协同效应和双壳核纳米结构的界面演变,有利于材料电磁属性的优化。在对双壳层包覆磁性合金纳米复合材料(x)FeCo/C/CoFe2O4的微波吸收性能研究中(x为FeCo/C纳米胶囊在纳米复合物(x)FeCo/C/CoFe2O4中的质量百分数),观察到复合物的复介电常数/复磁导率-频率图谱中介电和磁的多峰损耗。与单纯的FeCo/C纳米胶囊和单纯的CoFe2O4纳米颗粒相比,双壳层包覆磁性合金纳米复合材料在10.5和14.4GHz出现了新的介电弛豫峰,在4和16.4GHz出现了新的介电损耗峰,这些新弛豫峰和损耗峰的产生与双壳层纳米复合物(x)FeCo/C/CoFe2O4中引入多界面效应有关。(80wt%)FeCo/C/CoFe2O4双壳核纳米复合物的反射损耗RL值超过-10dB的吸收频宽高达7.2GHz,覆盖了10.8-18GHz的频率范围,其在16.7GHz处达到了-25.8dB的RL极值。外壳层成分和晶粒尺寸得到改善的(60wt%)FeCo/C/(FeCo,CoFe2O4)纳米复合物,其微波吸收性能得到显著提高,在保持宽吸收频带的特征同时,RL在13.4GHz处达到-38.1dB;其反射损耗RL值超过-10dB的吸收频宽为6.7GHz,覆盖了11.3-18GHz的频率范围。  结合等离子体电弧法和高温溶液化学法,制备了仙人掌状的双壳核纳米结构的复合物FeCo/C/Fe2.5Cr0.5Se4,其表面有像仙人掌似的刺状生长物。双壳核纳米复合物的内壳、中间层、外层分别为FeCo纳米颗粒、碳和亚铁磁的Fe25Cr05Se4(FCS)。改变FeCo/C纳米胶囊与FCS的质量比x,在纳米复合物(0≤x≤0.15)FeCo/C/FCS的复磁导率虚部与频率的关系以及复介电常数虚部与频率的关系中,我们观察到两组关系在高频段范围内的相反变化趋势。由于相位滞后的原因,μ”的负数极小值和ε”的正数极大值总是相伴出现。纯FCS-石蜡复合物的μ”最小值约为-0.07,当质量比x由0提高到0.1和0.15时,μ”最小值也相应地偏移到-0.44和-0.05。当x提高到了0.2,复合物所有的μ”值都变成了正值。(x=0.1)FeCo/C/FCS-石蜡复合物在10GHz处具有反射损耗值RL=-54.5dB的突出吸波性能。在1.4-6mm之间选择适当的吸收层厚度,RL值超过-20dB的吸收频宽覆盖了3-18GHz。  与绝缘体壳层包裹磁性金属纳米复合物相比,人们还不很清楚石墨壳层包裹磁性金属纳米颗粒界面处的极化效应对于微波吸收性能的影响。为此,我们研究了以α-Fe/Fe3C/γ-Fe(C)为内核以石墨为外层的制备态磁性纳米胶囊的微波吸收性能。我们采取了自然浸泡酸洗法和水热法两种后期处理手段去除部分磁性内核和界面,分别得到了自然酸处理纳米胶囊和水热酸处理纳米胶囊。透射电镜显示,后期处理得到的空心碳笼保持了制备态纳米胶囊壳层的形态,几乎无变形。与制备态样品相比,去界面后的自然酸处理纳米胶囊和水热酸处理纳米胶囊的复磁导率稍微下降,但是复介电出现了明显的提高,这与通常界面极化效应导致复介电的提高相反。我们将复介电的提高归因于空壳碳纳米笼的本征性质,而不是核/壳之间界面和内核成分α-Fe,Fe3C,γ-Fe(C)之间的晶界的消失。因此,制备态纳米胶囊优良微波吸收性能的主要归因于石墨外壳的介电损耗和内核的磁损耗之间的协同效应。
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