核/壳型碳包覆金属纳米胶囊的微波吸收性能
发布时间：2021-07-27 03:44
具有核/壳结构的碳包覆金属纳米胶囊由于可调节的成分与结构特征,可以实现微波频段内相互协调的磁损耗和介电损耗特性,从而获得优异的微波吸收性能,近年来受到研究者的广泛关注。碳外壳的包覆不仅改善了纳米材料的物理和化学性质,由此引入的核/壳异质界面还在微观结构上赋予纳米胶囊新的微波吸收机制,建立了合适的电磁匹配。首先介绍了通过直流电弧放电制备碳包覆金属纳米胶囊的方法,简要分析了该方法中纳米胶囊的形成机制。介绍了一些关于碳包覆纳米胶囊的结构设计及其在微波吸收材料方面的应用探索,包括不同核壳尺寸结构的设计、引入异质原子等不同方法对纳米胶囊在微波频段内的介电损耗和磁损耗能力的调控。
【文章来源】：中国材料进展. 2016,35(12)北大核心CSCD
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
碳原子扩散路径的示意图(a);金属核与碳壳间的相界面(b);碳原子在核内的扩散通道(c);A、B区域的放大(d)
颂荚?釉谔伎切纬晒?讨械睦┥⒙?径。这表明在该类碳包覆CoNi合金纳米胶囊的形成过程中，碳原子首先会固溶于金属纳米粒子中，之后在一定作用下从核内部沿(111)面方向扩散至表面形成碳壳。3核/壳结构对微波吸收性能的影响在直流电弧放电法中，通过改变阳极靶材成分、反应气氛、电压/电流等实验条件，可以调节所得纳米胶囊的结构成分，从而实现对其性能的合理控制。张志东等人报道了在直流电弧法制备碳包覆镍纳米胶囊(Ni/C)的过程中，控制通入作为碳源的乙醇的含量，可以获得具有不同碳壳厚度的纳米胶囊［2］。如图2所示，在不改变其他实验条件的基础上，制备过程中通入的乙醇量越多，所得纳米胶囊的碳壳则越厚。图3为其所制得的样品与石蜡混合后的复介电常数和复磁导率，从中可知，增大纳米胶囊的碳壳厚度可以使之获得更高的复介电常数实部与虚部，在微波频段内获得更高的介电损耗能力。其复磁导率基本不变，这反映出镍内核的磁损耗能力并不受碳壳厚度变化的影响。在进一步运用传输线原理计算样品的反射损耗后可以得出，具有较厚碳壳的Ni/C纳米胶囊具有更高的反射损失，同时其最强吸收峰随着碳壳厚度的增加逐渐由高频向低频移动。图2碳包覆镍纳米胶囊的TEM照片(a);通入乙醇含量分别为5，10和35ml下制得的碳包覆镍纳米胶囊的HＲTEM照片(b～d)［2］Fig.2TEMimageofNi/Cnanocapsules(a)andHＲTEMimagesofpreparedNi/Cnanocapsulesusingethanolof5，10and35ml，respectively，asthecarbonsource(b～d)［2］图3(a)和(b)分别是样品的复介电常数的实部和虚部;(c)是样品的复磁导率(其中S1～S3分别表示通入乙醇为5，10和35ml下制得的样品)［2］Fig.3Frequencydependencesoftherealandimaginarypartsofε(a～b)，frequen
中国材料进展第35卷在对Ni/C纳米胶囊与石蜡均匀混合后的介电损耗因数和磁损耗因数进行分析后可以发现，随着纳米胶囊内核尺寸的增加，样品介电损耗能力逐渐降低，但磁损耗能力并无明显变化，如图4所示。这是由于随着尺寸的增大，纳米胶囊的比表面和界面大小逐渐降低，其界面极化效果减弱，故介电损耗能力有所下降。与之相比复磁导率并没有明显随磁性内核尺寸大小而变化，反映出在纳米胶囊中界面极化效应受尺寸变化影响更为敏感。进一步分析样品在不同吸波剂厚度下的反射损耗曲线后发现，在碳壳厚度一定时，减小纳米胶囊的尺寸可以获得更强的介电损耗能力，从而在更薄的吸波涂层厚度下获得更高的吸波效能，且具有更宽的有效吸收频带，如图5所示。图4电流分别为40，60，80和100A条件下制得的Ni/C纳米胶囊－石蜡混合物的介电损耗因数(a)和磁损耗因数(b)［12］Fig.4Thedielectriclosstangent(a)andthemagneticlosstangent(b)ofNi/Cnanocapsules-paraffincompositespreparedusingthecurrentsof40，60，80and100A，respectively［12］有研究表明，除在材料内部依靠电磁损耗吸收电磁波外，对于单层吸波介质，当吸波剂的厚度满足四分之一波长的奇数倍时，吸波剂前表面处的反射波与被金属背板反射后射出的背反射波的相位正好相反，这两束波图5电流分别为40，60，80和100A条件下制得的Ni/C纳米胶囊－石蜡混合物在不同吸波剂厚度下的反射损耗曲线［12］Fig.5ＲeflectionlosscurvesforNi/Cnanocapsules－paraffincompositespreparedusingthecurrentsof(a)40A，(b)60A，(c)80Aand(d)100A，respectively，withselectedabsorberthicknessesin2～18GHz［12］902
本文编号：3305005
【文章来源】：中国材料进展. 2016,35(12)北大核心CSCD
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
碳原子扩散路径的示意图(a);金属核与碳壳间的相界面(b);碳原子在核内的扩散通道(c);A、B区域的放大(d)
颂荚?釉谔伎切纬晒?讨械睦┥⒙?径。这表明在该类碳包覆CoNi合金纳米胶囊的形成过程中，碳原子首先会固溶于金属纳米粒子中，之后在一定作用下从核内部沿(111)面方向扩散至表面形成碳壳。3核/壳结构对微波吸收性能的影响在直流电弧放电法中，通过改变阳极靶材成分、反应气氛、电压/电流等实验条件，可以调节所得纳米胶囊的结构成分，从而实现对其性能的合理控制。张志东等人报道了在直流电弧法制备碳包覆镍纳米胶囊(Ni/C)的过程中，控制通入作为碳源的乙醇的含量，可以获得具有不同碳壳厚度的纳米胶囊［2］。如图2所示，在不改变其他实验条件的基础上，制备过程中通入的乙醇量越多，所得纳米胶囊的碳壳则越厚。图3为其所制得的样品与石蜡混合后的复介电常数和复磁导率，从中可知，增大纳米胶囊的碳壳厚度可以使之获得更高的复介电常数实部与虚部，在微波频段内获得更高的介电损耗能力。其复磁导率基本不变，这反映出镍内核的磁损耗能力并不受碳壳厚度变化的影响。在进一步运用传输线原理计算样品的反射损耗后可以得出，具有较厚碳壳的Ni/C纳米胶囊具有更高的反射损失，同时其最强吸收峰随着碳壳厚度的增加逐渐由高频向低频移动。图2碳包覆镍纳米胶囊的TEM照片(a);通入乙醇含量分别为5，10和35ml下制得的碳包覆镍纳米胶囊的HＲTEM照片(b～d)［2］Fig.2TEMimageofNi/Cnanocapsules(a)andHＲTEMimagesofpreparedNi/Cnanocapsulesusingethanolof5，10and35ml，respectively，asthecarbonsource(b～d)［2］图3(a)和(b)分别是样品的复介电常数的实部和虚部;(c)是样品的复磁导率(其中S1～S3分别表示通入乙醇为5，10和35ml下制得的样品)［2］Fig.3Frequencydependencesoftherealandimaginarypartsofε(a～b)，frequen
中国材料进展第35卷在对Ni/C纳米胶囊与石蜡均匀混合后的介电损耗因数和磁损耗因数进行分析后可以发现，随着纳米胶囊内核尺寸的增加，样品介电损耗能力逐渐降低，但磁损耗能力并无明显变化，如图4所示。这是由于随着尺寸的增大，纳米胶囊的比表面和界面大小逐渐降低，其界面极化效果减弱，故介电损耗能力有所下降。与之相比复磁导率并没有明显随磁性内核尺寸大小而变化，反映出在纳米胶囊中界面极化效应受尺寸变化影响更为敏感。进一步分析样品在不同吸波剂厚度下的反射损耗曲线后发现，在碳壳厚度一定时，减小纳米胶囊的尺寸可以获得更强的介电损耗能力，从而在更薄的吸波涂层厚度下获得更高的吸波效能，且具有更宽的有效吸收频带，如图5所示。图4电流分别为40，60，80和100A条件下制得的Ni/C纳米胶囊－石蜡混合物的介电损耗因数(a)和磁损耗因数(b)［12］Fig.4Thedielectriclosstangent(a)andthemagneticlosstangent(b)ofNi/Cnanocapsules-paraffincompositespreparedusingthecurrentsof40，60，80and100A，respectively［12］有研究表明，除在材料内部依靠电磁损耗吸收电磁波外，对于单层吸波介质，当吸波剂的厚度满足四分之一波长的奇数倍时，吸波剂前表面处的反射波与被金属背板反射后射出的背反射波的相位正好相反，这两束波图5电流分别为40，60，80和100A条件下制得的Ni/C纳米胶囊－石蜡混合物在不同吸波剂厚度下的反射损耗曲线［12］Fig.5ＲeflectionlosscurvesforNi/Cnanocapsules－paraffincompositespreparedusingthecurrentsof(a)40A，(b)60A，(c)80Aand(d)100A，respectively，withselectedabsorberthicknessesin2～18GHz［12］902
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