过渡金属及其氧化物复合结构的组成和形貌对电磁波吸收性能的影响

摘要

设计合成具有“质量轻，厚度薄，频率宽，吸收强”的吸波材料是相关领域的研究热点。许多材料具有较好的微波吸收性能，但单一的微波吸波材料往往只能在较窄的频率范围内有强吸收。而纳米复合物、异质结构等复合体系在保留不同组分固有性质的同时还可能有利于满足微波阻抗匹配的条件。增加的界面结构也有利于提升电荷极化和改善磁性，并影响复合体系的有效介电常数和磁导率，从而提升材料的微波吸收性能。因而本文以Co基纳米复合体系的构筑与性能研究为主线，制备了多种纳米复合材料，考察了化学组分、样品形貌等对复合材料的微波吸收性能的影响，主要内容如下:
　　1、形貌和组成对Co、CoO、Co3O4吸波性能的影响。以水热法制备片状、花状等多种形貌的Co(OH)2前驱物，通过不同的气氛煅烧获得系列Co、CoO、Co3O4纳米结构，研究了组成与形貌对微波吸收性能的影响。三元混合物Co/CoO/Co3O4体系的有效频带可以达到7 GHz，其最大吸收可以达到-61 dB。结果表明由片状结构构成的三维花状结构的体系有利于电磁波的进入，当金属钴颗粒存在于花状氧化物内部时，可以有效避免趋肤效应，提升材料的微波吸收性能。
　　2、形貌对Co3O4和Co3O4/graphene体系的介电常数和磁导率的影响。利用水热法合成四种形貌的Co3O4，它们的形貌分别是星状、海胆、花片状以及空心的六方片状结构。四种形貌的Co3O4样品的电磁参数结果表明它们的介电常数差异大。将Co3O4和非磁性石墨烯复合， Co3O4带/石墨烯样品厚度为1.5 mm时，反射损失在14.56 GHz达到-25.7 dB，频带宽度达到6.5 GHz。Co3O4片/石墨烯的样品厚度为2.0mm时，在8.88 GHz达到-18.3 dB。
　　3、链状结构的组成对电磁波吸波性能的影响。采用溶剂热和空气氧化部分金属的方法合成(Ni，Co)@NixCo3-xO4，(Ni，Fe)@NixFe3-xO4，(Co，Fe)@CoxFe3-xO4和(Ni，Co)@(Ni，Co)xFe3-xO4等系列金属@金属氧化物的核壳链状结构。测试表明，(Ni，Co)@(Ni，Co)xFe3-xO4核壳链状结构的微波吸收性能高于其他三种链状结构。同时通过与少量石墨烯的混合，得到的(Ni，Co)@(Ni，Co)xFe3-xO4/graphene复合体系的微波吸收性能得到进一步改善，其反射损失最小值是在8.48 GHz，可以达到-30.34 dB;它的厚度是2mm时，有效吸收频宽约为7 GHz(9.12-16.08 GHz)。
　　4、空心结构的表面形貌和组成对吸收频带宽度的影响。在乙醇溶剂中醋酸钴分解，可以得到空心的钴微米球样品。钴微米球的粗糙表面可以改变电磁波的入射位点。由于表面的粗糙程度不同导致样品的最佳吸收峰的频率发生位移。除此之外，使用凝胶-溶胶-煅烧法合成空心的CoFe合金和FeCo/CoxFe3-xO4复合体系。最佳的FeCo/CoxFe3-xO4复合样品的频带宽度可以达到6.24 GHz，当样品的厚度是1.5 mm时，反射损失在17.44 GHz可以达到-32.67 dB。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 复合吸波材料的研究意义

1．2 吸波材料的研究现状

1．3 电磁波理论

1．4 吸波材料的基本原理

1．5 本论文的选题依据和研究内容

参考文献

第二章 磁性金属Co，CoO，Co3O4材料的结构和形貌对吸波性能的影响

2．1 前言

2．2 实验部分

2．3 结果与讨论

2．4 本章小结

参考文献

第三章 形貌对Co3O4和Co3O4／石墨烯体系的有效介电常数和磁导率的影响

3．1 前言

3．2 实验部分

3．3 结果与讨论

3．4 本章小结

参考文献

第四章 (Ni，Co)@(Ni，Co)xFe3-xO4／石墨烯复合结构的合成和吸波性能

4．1 前言

4．2 实验部分

4．3 结果与讨论

4．4 本章小结

参考文献

第五章 空心钴微米球的合成及其吸波性能研究

5．1 前言

5．2 实验部分

5．3 结果与讨论

5．4 本章小结

参考文献

第六章 三维空心网状CoFe基复合材料的制备和吸波性能的研究

6．1 前言

6．2 实验部分

6．3 结果与讨论

6．4 本章小结

参考文献

第七章 总结和展望

附录 在学期间发表的论文

致谢