磁性纳米复合微波吸收材料制备与性能研究

发布时间：2017-10-25 04:03

  本文关键词：磁性纳米复合微波吸收材料制备与性能研究

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【摘要】：随着现代社会的快速发展,电磁干扰和信息泄露等问题日益严重,而微波吸收材料是解决上述问题的有效途径之一,其中磁性纳米粒子作为微波吸收剂兼具纳米材料和磁性金属的优点,能在较宽的频段内实现对电磁波的吸收,被应用到微波吸波材料研究中。本文通过直流电弧等离子法制备Fe、Ni纳米粒子(Fe、NiNPs)和Ni(C)纳米胶囊(Ni(C)NCs),Fe、Ni纳米粒子外层包覆氧化层,Ni(C)纳米胶囊外层包覆高缺陷碳层。利用硅烷偶联剂对Fe、Ni纳米粒子表面改性以加强其分散性。利用改性后的Fe纳米粒子(Fe NPs)为吸收剂,单向碳纤维布(CFs)为增强及电磁波反射相,制备了功能结构化碳纤维增强树脂基纳米复合平板,并测试其反射损耗。研究了含不同质量分数Ni和Ni(C)纳米粒子的石蜡复合样品的电磁波响应特性和吸收机制,发现Ni纳米粒子以界面极化、空间电荷极化和偶极子极化为介电损耗机制,磁损耗主要来源于自然共振损耗和高频涡流损耗,不同质量分数吸收剂／复合材料的复磁导率实部在8.2 GHz处有一交点,这是由于纳米粒子的核壳结构所引起,Ni纳米粒子以磁损耗为主。Ni(C)纳米胶囊的高缺陷碳层存在明显的介电弛豫现象,极化损耗特征明显,缺陷成为极化中心,增强了空间电荷极化,另外界面极化和偶极子极化也得到增强,因此介电损耗增强,Ni(C)纳米胶囊外层包覆的介电特性的碳层抑制了磁损耗。Ni(C)纳米胶囊以介电损耗为主。Fe NPs/CFs/ER复合材料的吸波性能随着Fe NPs的增加而提高,CFs吸收并反射部分电磁波,使Fe NPs多次吸收电磁波,同时纳米粒子改变CFs表面的阻抗,提高阻抗匹配度,吸波性能随CFs质量分数的增加而提高；CFs的存在使复合材料对电磁波的响应具有各向异性,表现为CFs垂直于电磁波入射方向时对电磁波强反射,进一步促进了Fe NPs的多重吸收,同时CFs极化并消耗特定电磁波,促进结构共振；吸收剂与CFs共存于复合结构中,可充分发挥吸收剂浓度梯度作用,实现阻抗渐变,进而提高对电磁波的吸波。因此,可对Fe NPs浓度及其梯度分布、CFs铺设方向等进行调控,可有效控制和提高电磁吸收性能,这为高性能功能结构化复合材料的设计和制备提供了重要依据。利用Ni NPs与Ni(C) NCs的电磁参数计算石蜡基复合平板的反射损耗,并与树脂基复合平板实测值相比较,发现相同吸收剂质量分数和厚度下,由于石蜡与环氧树脂的介电性不同带来了吸波性能的不同,其中Ni(C)纳米复合材料的吸波性能好于Ni纳米复合材料,但其在固化过程中应加入稀释剂增加流动性。
【关键词】：磁性纳米粒子 电磁参数 环氧树脂 碳纤维 微波吸收性能
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB383.1;TB33
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 引言9
• 1 绪论9-21
• 1.1 吸波材料概述9
• 1.2 电磁波吸收机制9-11
• 1.2.1 复介电常数9-10
• 1.2.2 复磁导率10-11
• 1.2.3 反射损耗计算方法11
• 1.3 吸波材料研究现状11-19
• 1.3.1 纳米吸收涂层12-15
• 1.3.2 结构型吸波材料15-19
• 1.4 本论文研究内容及意义19-21
• 1.4.1 前期工作19
• 1.4.2 研究内容及意义19-21
• 2 实验方法21-26
• 2.1 实验原材料及设备21-22
• 2.2 磁性纳米粒子的制备及表征22-24
• 2.2.1 直流电弧等离子体法制备纳米粒子22-23
• 2.2.2 磁性纳米粒子的结构表征23
• 2.2.3 磁性纳米粒子电磁参数测试23-24
• 2.3 树脂基碳纤维增强纳米复合材料平板制备24-26
• 2.3.1 磁性纳米粒子表面改性24
• 2.3.2 碳纤维增强树脂基纳米复合材料平板制备工艺24-25
• 2.3.3 碳纤维增强树脂基纳米复合材料平板的反射损耗测试25-26
• 3 磁性纳米粒子的表征及电磁性能分析26-42
• 3.1 磁性纳米粒子的XRD、TEM分析26-28
• 3.2 磁性纳米粒子分散性分析28-29
• 3.3 不同含量磁性纳米粒子电磁参数分析29-40
• 3.3.1 复介电常数与极化机制29-35
• 3.3.2 复磁导率与磁损耗机制35-40
• 3.4 小结40-42
• 4 磁性纳米粒子/碳纤维/树脂吸波复合材料平板结构与性能42-61
• 4.1 Fe纳米粒子/碳纤维/树脂复合材料平板微观结构42-43
• 4.2 Fe纳米粒子/碳纤维/树脂吸波复合材料平板吸波性能43-52
• 4.2.1 Fe纳米粒子含量及浓度分布对吸波性能的影响43-44
• 4.2.2 碳纤维排布方向及含量对吸波性能的影响44-48
• 4.2.3 Fe纳米粒子/碳纤维/环氧树脂复合材料吸波性能48-52
• 4.3 Ni纳米粒子/树脂基复合材料吸波性能52-55
• 4.4 碳包覆Ni纳米胶囊/树脂基复合材料吸波性能55-57
• 4.5 FSS型复合材料制备与性能研究初探57-60
• 4.6 小结60-61
• 结论61-62
• 参考文献62-66
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况66-67
• 致谢67-68

【参考文献】

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本文编号：1091956