多元体系掺杂改性羰基铁吸波性能研究

发布时间：2020-08-28 09:14

　　羰基铁由于具备较大的磁损耗角、较高的饱和磁化强度和居里温度等优点,已经成为了一种广泛应用的磁损耗型吸波材料。但羰基铁复介电常数大,频谱特性和抗腐蚀性能较差,不能满足在特定频段上对电磁波的强损耗,高吸收特点。因此,针对羰基铁在吸波特性上的不足,可以通过采用表面改性的方法,降低复介电常数,提高磁导率,使自由空间阻抗和改性后羰基铁的阻抗接近匹配,达到衰减电磁波的目的。本文旨在通过多元体系复合掺杂来制备改性的片状羰基铁吸波材料,分析改性后片状羰基铁的微观结构、物相组成和电磁参量,并根据电磁场传输线理论模拟计算出反射损耗(Reflection Loss,RL)。具体内容如下:(1)采用三种不同的硬脂酸盐(硬脂酸钙、硬脂酸锌和硬脂酸钠)作为一元掺杂体系,通过高能球磨制备改性的羰基铁吸波材料,研究改性后样品的电磁参量和反射损耗随频率的变化规律。X射线衍射(XRD)结果显示:改性后三种样品均呈现出α-Fe相衍射峰,且衍射峰的宽度和高度均无明显变化。添加硬脂酸钙掺杂制备的改性样品分散较为均匀,磁导率较高,介电常数低,在涂层厚度为1.5mm时,反射损耗在同掺杂体系中最低为-7.73dB,吸波性能较强。(2)采用硬脂酸钙分别与钴粉、二氧化硅、二氧化钛作为二元掺杂体系,研究改性的羰基铁样品的电磁参量和反射损耗的变化。实验结果表明:二元体系掺杂制备的改性羰基铁样品细化和片状化程度高,获得了较高的磁导率,具备更佳的阻抗匹配特性。根据XRD图谱发现改性后粉末的相结构仍然均呈现α-Fe体心立方结构。设计材料厚度为1.5 mm时,添加硬脂酸钙和二氧化钛的二元体系掺杂制备的改性样品取得最小反射损耗,在1.94 GHz处可达-7.92dB,有效吸收频宽(RL-6 dB)为1.87 GHz,适合作为低频1~4GHz频段的厚度薄、宽频雷达波吸收剂。(3)研究吸波材料三元掺杂体系的复合效果,一是采用硬脂酸钙、KH-560分别和钴粉、二氧化硅、二氧化钛进行复合掺杂,二是采用钴粉、二氧化硅和二氧化钛的两两混合物与硬脂酸钙进行复合掺杂。实验结果表明,两种掺杂体系制备的样品颗粒形态均为光滑平整的片状结构,在一定程度上增加了吸收电磁波的表面积。两者的物相结构显示出在物料球磨过程中,羰基铁始终呈现α-Fe体心立方结构,没有其他物相生成。但通过第二种掺杂方式制备的样品,根据Bragg公式,球磨过程中所形成的晶格内应力较小,使得衍射峰稍稍向低角度偏移。从反射损耗角度来看,通过两种三元体系的掺杂方式制备出的样品的吸收峰均位于2~4 GHz频段。添加硬脂酸钙、KH-560和二氧化钛的三元掺杂体系与添加二氧化硅、二氧化钛和硬脂酸钙的三元掺杂体系在同体系中取得最小反射损耗峰值,分别为-12.46 dB和-11.15 dB;低于-10dB的有效吸收频宽分别为1.02 GHz和0.51 GHz。对比两种方式,添加偶联剂KH-560的三元掺杂体系具有最低的反射损耗极值,并在RL-10dB具有最佳的衰减、损耗电磁波的性能,能较好的实现低频段上的宽频、高吸收要求。
【学位单位】：南京邮电大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TB34
【部分图文】：

桌面,扫描电子显微镜

图 2.2 COXEM EM-30 型台式（桌面式）扫描电子显微衍射仪射（X-ray Diffraction，XRD）是利用材料颗粒晶体形成空间排列状况的结构分析方法。质结构中的原子、分子排列规律具有严格的周期性，当阵排列的不同原子或分子衍射。根据布拉格规则，当两时，两束光会因相位的一致性产生相长干涉，也称为衍相组成和微观结构进行准确的数据分析，广泛应用于电用 Nanostar U 型 X 射线衍射仪来分析实验样品的物相描电压为 40kV，电流为 40mA，扫描范围（2θ）在 1

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图 3.2 一元体系掺杂改性羰基铁样品的扫描电镜图.2 物相分析一元体系掺杂制备的改性羰基铁样品的 XRD 图谱如图 3.3 所示，图中显示出添加活性剂掺杂经高能球磨法制备的样品主要为α-Fe 体心立方结构，样品 1#、2#、3现了明显的α-Fe 相衍射峰，且各样品的峰位强度保持不变，说明多种表面活性剂基铁吸波材料的过程未产生新的物相，没有破坏羰基铁内部晶体结构和相结构[74-7

【参考文献】