氮掺杂碳包覆磁性纳米粒子复合微球吸波性能研究

摘要

当世界沉浸在电子设备和通信技术蓬勃发展所带来的便利中时，随之而来的电磁波污染及干扰已经在医疗、通讯和国防安全等诸多方面造成了不利影响。因此，人们越来越重视寻求高效的方法来解决这个问题。微波吸收是消除电磁干扰威胁的常用方法之一。因此，学者们渴望设计制造出“轻、薄、宽、强”的微波吸收材料。 对于微波吸收材料，精细的结构设计和化学掺杂是两种提高其微波吸收性能的重要途径。本论文创新性地以甘油金属配合物为内核，聚吡咯为外壳，合成了两种具有特殊结构的磁性氮掺杂碳球，并将其应用于微波吸收领域。 以甘油铁配合物为核，以聚吡咯为壳，通过原位氧化聚合及碳热还原法合成了具有独特枣糕型结构的Fe/Fe3O4@C，并研究了不同煅烧温度对磁性内核组分的影响。结果表明，在600℃时，甘油铁前驱体转变为Fe3O4，当温度超过600℃时，Fe3O4逐渐还原为Fe。在2.0~18.0GHz频率范围内对微波吸收性能进行了模拟，当填充含量仅为15%时，750℃下形成的微球，于2.15mm处的最小反射损耗为-67.02dB，而且在2.3mm处可获得最大有效吸收带宽为6.16GHz。出色的微波吸收性能可归因于镶嵌式结构对界面极化的增强、氮掺杂引发的偶极极化和缺陷极化以及多重损耗机制的共同作用。研究结果为精细结构设计和化学掺杂可提高微波吸收性能提供了有效依据。 具有蛋黄壳结构的Fe7Co3@C通过简易的两步法合成。首先，吡咯通过原位聚合法包覆在甘油铁钴配合物表面；然后上述试样在750℃煅烧后，便可得到具有特殊蛋黄壳结构的吸波材料。为了体现复合材料优异的吸波性能，模拟了纯Fe7Co3和氮掺杂碳的吸波性能作为蛋黄壳结构的Fe7Co3@C的对比。结果表明，蛋黄壳结构的Fe7Co3@C具有优异的吸波性能；在填充含量仅为20%时，材料在2.17mm的厚度下，有效吸收带宽覆盖了11.4-18.0GHz；-41.7dB的最小反射损耗在厚度仅为1.78mm时便可获得。而且，实验还研究了原料添加比例对于材料吸波性能的影响。只有合理的原料配比才能在保证有效地吸收电磁波的同时，还可获得蛋黄壳结构。该复合微球吸波性能主要是由于蛋黄壳结构导致的界面极化增强、氮掺杂引发的偶极极化和缺陷极化以及多重损耗机制的共同作用。

目录

声明

引言

1 文献综述

1.1 研究背景及意义

1.2 吸波材料概述

1.2.1 吸波材料的设计原理

1.2.2 吸波材料的性能评价

1.2.3 吸波材料的分类

1.3 吸波材料的研究趋势

1.3.1 结构形貌设计型吸波材料

1.3.2 二元或多元复合吸波材料

1.4 本文研究内容及方法

1.4.1 本文的研究思路

1.4.2 本文的研究内容

2 实验部分

2.1 实验原料

2.1 实验设备

2.3 材料表征方法

1）X射线衍射（XRD）

2）拉曼光谱（Raman）

3) 场发射扫描电镜（FESEM）

4) 透射电子显微镜（TEM）

5) X射线光电子衍射（XPS）

6) 振动样品磁强计（VSM）

2.4 电磁波吸收性能测试

3 枣糕型Fe/Fe3O4@C吸波复合微球的制备与性能研究

3.1 引言

3.2 实验部分

3.2.1 甘油铁前驱体的制备

3.2.2 枣糕型Fe/Fe3O4@C吸波复合微球的制备

3.2.3 枣糕型Fe/Fe3O4@C吸波复合微球的形貌表征

3.2.4 枣糕型Fe/Fe3O4@C吸波复合微球的成分分析

3.2.5 枣糕型Fe/Fe3O4@C吸波复合微球的成型机理

3.3 枣糕型Fe/Fe3O4@C吸波复合微球的吸波性能研究

3.3.1 磁滞回线

3.3.2 枣糕型Fe/Fe3O4@C吸波复合微球的电磁参数

3.3.3 枣糕型Fe/Fe3O4@C吸波复合微球的吸波性能

3.3.4 温度对枣糕型Fe/Fe3O4@C微球吸波性能的影响

3.3.5 枣糕型Fe/Fe3O4@C吸波复合微球的吸波机理分析

3.4 本章小结

4 蛋黄壳型Fe7Co3@C吸波复合微球的制备与性能研究

4.1 引言

4.2 实验部分

4.2.1 甘油铁钴前驱体的制备

4.2.2 蛋黄壳型Fe7Co3@C吸波复合微球的制备

4.2.3 蛋黄壳型Fe7Co3@C吸波复合微球的形貌表征

4.2.4 蛋黄壳型Fe7Co3@C吸波复合微球的成分分析

4.2.5 蛋黄壳型Fe7Co3@C吸波复合微球的成型机理

4.3 蛋黄壳型Fe7Co3@C吸波复合微球的吸波性能研究

4.3.1 蛋黄壳型Fe7Co3@C吸波复合微球的电磁参数及损耗机制

4.3.2 蛋黄壳型Fe7Co3@C吸波复合微球的吸波性能

4.3.3 原料配比对蛋黄壳型Fe7Co3@C吸波复合微球吸波性能的影响

4.4 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢

大连理工大学学位论文版权使用授权书