可控径向分支钴颗粒的制备及电磁性能研究

发布时间：2021-02-11 13:24

　　微纳米级铁磁性金属颗粒的外形调控会导致各向异性和表面原子比例变化,并对其电磁性能有很大影响。工作利用一步水热还原法制备了具有发散分支结构的微米级钴颗粒。通过对反应体系组成的设计实现了分支结构尺寸的调控,根据分支的长径比不同,分别得到了剑麻状,花状以及类球状颗粒。采用SEM、TEM和XRD对所得材料进行了形貌及结构表征,用VSM以及矢量网络分析仪对材料的室温磁性能和电磁参数进行了测试。研究了材料在2～18 GHz频段的微波电磁特性。结果表明,基于形状各向异性带来的表面原子比例和矫顽力提升,以及多尺度的花瓣结构对入射电磁波的多重散射效应,适度的分支结构（花状）的钴颗粒具有最好的电磁波损耗能力。研究还发现,一方面分级结构可通过更丰富的界面和多尺度协同促进电磁波的多重反射和散射,进而延长传输路径并增强微波耗散;而另一方面,过高的分支化结构会导致吸波复合材料的电导率和介电损耗提高,不利于吸收剂添加量的提升和阻抗匹配设计。 

【文章来源】：功能材料. 2020,51(05)北大核心

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【部分图文】：

不同形貌样品的XRD图

根据化学反应式计算,水合肼显著过量,为氧化还原理论需要量的5倍,钴离子的初始浓度对反应速度的影响较小,且整个反应过程水合肼浓度变化不大,故反应速率主要依赖于碱的浓度,碱的浓度增加促使反应加快,更易于成球,而碱浓度小则利于颗粒缓慢生长成各向异性;而颗粒分支的长度依赖于钴离子的浓度。图2为水热还原后得到的3种不同形貌的钴微纳米颗粒的场发射扫描电镜图(SEM),其中图(a)和(b)表示不同放大倍率下的类球状钴颗粒,直径大约在4～8 μm,颗粒表面有略有凸起;图(c)和(d)表示不同放大倍率下的花状钴颗粒,直径大约在3～6μm,颗粒表面的分支长度增加,长度大约1 μm左右,颗粒的核芯较大。图(e)和(f)表示不同放大倍率下的剑麻状钴颗粒,直径大约在4～8μm,图中显示,剑麻状钴颗粒具有明显的分级结构。每一个剑麻般的分支上都由许多凸起组成,分支连接在一起,从中心向外呈放射状生长,长约3 μm。3种形貌的钴颗粒的成功合成为研究其形态相关的电磁性能与微波吸收提供可能。2.2 磁性能分析

为了表示出三种钴颗粒在2-18 GHz微波频段的电磁吸波性能,根据传输线理论,利用矢量网络分析仪模拟了钴颗粒-石蜡复合材料在一定频率和一定厚度下的电磁参数(复介电常数和复磁导率),计算了反射损耗(RL)值。如公式(4)、(5)所示:表1 3种不同形貌Co颗粒的磁性能参数Table 1 Magnetic properties of three kinds of cobalt powders 饱和磁化强度MMAX(A·m2·kg-1) 剩磁Mr(emu/g) 矫顽力Hc/79.6 A·m-1 类球状Co 146.33 6.56 128.56 花状Co 134.95 8.87 178.93 剑麻状Co 131.04 12.77 184.58


本文编号：3029179