碳包覆镍纳米胶囊/石蜡复合材料电磁波吸收机制
发布时间：2020-12-17 21:30
利用直流电弧等离子体法在甲烷气氛中制备碳包覆磁性镍纳米胶囊（Carbon-coated Ni nanocapsules,Ni（C）NCs）,将它作为电磁波吸收剂,按照质量比10%、20%、30%和40%与有机石蜡基体复合,在0.118GHz范围内测定其复介电常数和复磁导率,并对其电磁波响应特性及吸收机制进行了研究。研究结果表明,Ni（C）纳米胶囊具有明显的极化损耗特征,其介电常数在低频范围内随频率提高而急剧衰减,而磁导率具有宽化的多重共振峰;随着Ni（C）纳米胶囊添加量的增加,其介电常数逐渐增加,其复磁导率实部和虚部分别在0.18GHz、0.110GHz出现增加,而在818GHz和1018GHz范围内出现实部减小和虚部平缓变化的特征。根据极化、涡流以及反射损耗的理论分析,发现Ni（C）纳米胶囊以介电损耗为主,并对相关机制进行了探讨。
【文章来源】：材料导报. 2016年12期 北大核心
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
图５不同含量Ｎｉ（Ｃ）纳米胶囊／石蜡复合材料的Ｃ０值随频率的变化曲线
说吸收剂包围了电磁波的所有通道时，若吸波体能满足阻抗匹配条件，则将会实现电磁波的有效吸收。根据传输线理论：Ｚｉｎ＝Ｚ０μｒε槡ｒｔａｎｈｊ（２πｆｄｃ）μｒ槡ε［］ｒ（７）ＲＬ＝２０ｌｇＺｉｎ－Ｚ０Ｚｉｎ＋Ｚ０（８）当材料的厚度ｄ与频率ｆ确定时，输入阻抗和反射损耗只与材料的复介电常数和复磁导率有关。利用已测得的电磁参数可计算含不同质量分数Ｎｉ（Ｃ）纳米胶囊／石蜡复合材料板在不同厚度下的输入阻抗及反射损耗值。图７是厚度为４ｍｍ时不同含量Ｎｉ（Ｃ）纳米胶囊／石蜡复合材料的反射损耗及输入阻抗随频率变化曲线。在０．１～３ＧＨｚ范围内，所有样品的输入阻抗均超过８０００Ω，因此未在阻抗图中绘出。从计算结果可以看出，反射损耗随着纳米胶囊添加量的增加而增加。当Ｎｉ（Ｃ）纳米胶囊质量分数为４０％时，最小反射损耗可达－１８．８ｄＢ，有效吸收带宽为３．４ＧＨｚ（ＲＬ≤－１０ｄＢ）。因此，当复合材料输入阻抗接近空间波阻抗时，可减少电磁波在材料表面的反射，使电磁波更好地进入材料内部并被纳米胶囊吸收。图７不同质量分数的Ｎｉ（Ｃ）纳米胶囊石蜡复合材料的计算反射损耗与输入阻抗（ｄ＝４ｍｍ）Ｆｉｇ．７ＴｈｅｃａｌｃｕｌａｔｅｄｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎｌｏｓｓｅｓａｎｄｉｎｐｕｔｉｍｐｅｄａｎｃｅｓｖｅｒｓｕｓｆｒｅｑｕｅｎｃｙｆｏｒｔｈｅＮｉ（Ｃ）ｎａｎｏｃａｐｓｕｌｅｓ／ｐａｒａｆｆｉｎｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓｗｉｔｈｄｉｆｆｅｒｅｎｔＮｉ（Ｃ）ｃｏｎｔｅｎｔｓ（ｄ＝４ｍｍ）４结论通过直流电弧等离子体法在甲
，核壳结构本身不会随含量变化而发生改变，因此该交点是由于核壳结构引起的。图４中还发现磁导率实部和虚部在１０ＧＨｚ以上频段基本保持为常数，可能是由于高频处出现涡流损耗所导致。对于涡流损耗，根据Ｍａｘｗｅｌｌ方程可以推导出，当纳米胶囊的直径ｄ小于趋肤深度时，涡流损耗可以表示为：ｆ－１（μ′）－２μ″＝２３πμ０ｄ２σ＝Ｃ０（５）式中：ｆ为电磁波的频率。若复合材料中只存在涡流损耗时，Ｃ０应是一个与频率变化无关的常数［２３］。图５为不同含量Ｎｉ（Ｃ）纳米胶囊／石蜡复合材料的Ｃ０随频率变化图。由图５可以看出，Ｃ０随着纳米胶囊添加量的增加而变化，在１．５～６．０ＧＨｚ和６．０～１０．０ＧＨｚ范围内出现２个峰，说明在此频率范围内存在多种损耗机制，且涡流损耗不是主导因素。但在１０．０～１８．０ＧＨｚ范围内，４种样品的Ｃ０值均接近于相同的常数，说明在高频范围内存在涡流损耗，抑制了磁导率的变化，且与吸收剂含量无关。因此可认为１０ＧＨｚ以上频段复合材料磁导率实部和虚部保持为常数是由于存在涡流损耗所致。图５不同含量Ｎｉ（Ｃ）纳米胶囊／石蜡复合材料的Ｃ０值随频率的变化曲线Ｆｉｇ．５Ｃ０ｖｅｒｓｕｓｆｒｅｑｕｅｎｃｙｆｏｒｔｈｅＮｉ（Ｃ）ｎａｎｏｃａｐｓｕｌｅｓ／ｐａｒａｆｆｉｎｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓｗｉｔｈｄｉｆｆｅｒｅｎｔＮｉ（Ｃ）ｃｏｎｔｅｎｔｓ从图４中还可以发现，随着纳米胶囊填充量的增加，复合材料复磁导率的实部和虚部都在一定频率范围内增加，这是由于基体石蜡只起到承载和粘结的作用，复
【参考文献】：
期刊论文
[1]Magnetic Properties of Ni Nanoparticles and Ni(C) Nanocapsules[J]. Z.J.Li, G.H.Wen, F.W.Wang, J.L.Yu, X.L.Dong, X.X.Zhang and Z.D.Zhang1)Shenyang National Laboratory for Materials Science and International Centre for Materials Physics, Institute of Metal Research, Chinese Academy of Sciences, Shenyang 110016, China2)Depa. Journal of Materials Science & Technology. 2002(02)
博士论文
[1]电磁屏蔽用吸收反射一体化复合材料的研究[D]. 徐铭.中国建筑材料科学研究总院 2011
硕士论文
[1]Fe基环氧树脂纳米复合材料制备及电磁吸波性能[D]. 谢昌江.大连理工大学 2013
本文编号：2922750
【文章来源】：材料导报. 2016年12期 北大核心
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
图５不同含量Ｎｉ（Ｃ）纳米胶囊／石蜡复合材料的Ｃ０值随频率的变化曲线
说吸收剂包围了电磁波的所有通道时，若吸波体能满足阻抗匹配条件，则将会实现电磁波的有效吸收。根据传输线理论：Ｚｉｎ＝Ｚ０μｒε槡ｒｔａｎｈｊ（２πｆｄｃ）μｒ槡ε［］ｒ（７）ＲＬ＝２０ｌｇＺｉｎ－Ｚ０Ｚｉｎ＋Ｚ０（８）当材料的厚度ｄ与频率ｆ确定时，输入阻抗和反射损耗只与材料的复介电常数和复磁导率有关。利用已测得的电磁参数可计算含不同质量分数Ｎｉ（Ｃ）纳米胶囊／石蜡复合材料板在不同厚度下的输入阻抗及反射损耗值。图７是厚度为４ｍｍ时不同含量Ｎｉ（Ｃ）纳米胶囊／石蜡复合材料的反射损耗及输入阻抗随频率变化曲线。在０．１～３ＧＨｚ范围内，所有样品的输入阻抗均超过８０００Ω，因此未在阻抗图中绘出。从计算结果可以看出，反射损耗随着纳米胶囊添加量的增加而增加。当Ｎｉ（Ｃ）纳米胶囊质量分数为４０％时，最小反射损耗可达－１８．８ｄＢ，有效吸收带宽为３．４ＧＨｚ（ＲＬ≤－１０ｄＢ）。因此，当复合材料输入阻抗接近空间波阻抗时，可减少电磁波在材料表面的反射，使电磁波更好地进入材料内部并被纳米胶囊吸收。图７不同质量分数的Ｎｉ（Ｃ）纳米胶囊石蜡复合材料的计算反射损耗与输入阻抗（ｄ＝４ｍｍ）Ｆｉｇ．７ＴｈｅｃａｌｃｕｌａｔｅｄｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎｌｏｓｓｅｓａｎｄｉｎｐｕｔｉｍｐｅｄａｎｃｅｓｖｅｒｓｕｓｆｒｅｑｕｅｎｃｙｆｏｒｔｈｅＮｉ（Ｃ）ｎａｎｏｃａｐｓｕｌｅｓ／ｐａｒａｆｆｉｎｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓｗｉｔｈｄｉｆｆｅｒｅｎｔＮｉ（Ｃ）ｃｏｎｔｅｎｔｓ（ｄ＝４ｍｍ）４结论通过直流电弧等离子体法在甲
，核壳结构本身不会随含量变化而发生改变，因此该交点是由于核壳结构引起的。图４中还发现磁导率实部和虚部在１０ＧＨｚ以上频段基本保持为常数，可能是由于高频处出现涡流损耗所导致。对于涡流损耗，根据Ｍａｘｗｅｌｌ方程可以推导出，当纳米胶囊的直径ｄ小于趋肤深度时，涡流损耗可以表示为：ｆ－１（μ′）－２μ″＝２３πμ０ｄ２σ＝Ｃ０（５）式中：ｆ为电磁波的频率。若复合材料中只存在涡流损耗时，Ｃ０应是一个与频率变化无关的常数［２３］。图５为不同含量Ｎｉ（Ｃ）纳米胶囊／石蜡复合材料的Ｃ０随频率变化图。由图５可以看出，Ｃ０随着纳米胶囊添加量的增加而变化，在１．５～６．０ＧＨｚ和６．０～１０．０ＧＨｚ范围内出现２个峰，说明在此频率范围内存在多种损耗机制，且涡流损耗不是主导因素。但在１０．０～１８．０ＧＨｚ范围内，４种样品的Ｃ０值均接近于相同的常数，说明在高频范围内存在涡流损耗，抑制了磁导率的变化，且与吸收剂含量无关。因此可认为１０ＧＨｚ以上频段复合材料磁导率实部和虚部保持为常数是由于存在涡流损耗所致。图５不同含量Ｎｉ（Ｃ）纳米胶囊／石蜡复合材料的Ｃ０值随频率的变化曲线Ｆｉｇ．５Ｃ０ｖｅｒｓｕｓｆｒｅｑｕｅｎｃｙｆｏｒｔｈｅＮｉ（Ｃ）ｎａｎｏｃａｐｓｕｌｅｓ／ｐａｒａｆｆｉｎｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓｗｉｔｈｄｉｆｆｅｒｅｎｔＮｉ（Ｃ）ｃｏｎｔｅｎｔｓ从图４中还可以发现，随着纳米胶囊填充量的增加，复合材料复磁导率的实部和虚部都在一定频率范围内增加，这是由于基体石蜡只起到承载和粘结的作用，复
【参考文献】：
期刊论文
[1]Magnetic Properties of Ni Nanoparticles and Ni(C) Nanocapsules[J]. Z.J.Li, G.H.Wen, F.W.Wang, J.L.Yu, X.L.Dong, X.X.Zhang and Z.D.Zhang1)Shenyang National Laboratory for Materials Science and International Centre for Materials Physics, Institute of Metal Research, Chinese Academy of Sciences, Shenyang 110016, China2)Depa. Journal of Materials Science & Technology. 2002(02)
博士论文
[1]电磁屏蔽用吸收反射一体化复合材料的研究[D]. 徐铭.中国建筑材料科学研究总院 2011
硕士论文
[1]Fe基环氧树脂纳米复合材料制备及电磁吸波性能[D]. 谢昌江.大连理工大学 2013
本文编号：2922750
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