具有周期性纳米结构的微波吸收材料的制备和研究

摘要

近年来,由于微波吸收材料在军事和民用领域的潜在应用价值,如抗电磁干扰涂料和微波暗室,微波吸收材料的研究被广泛关注。随着电子和通信技术的飞速发展,电磁污染不断增加,为了防治电磁干扰,涉及吸波材料各方面的研究广泛开展。为了解决军事和民用领域的迫切需求,开发新型吸波材料与新材料技术的发展密切相关。
　　发展薄、轻、宽、强的吸波材料是微波吸收技术研究的主要挑战。随着现代科学与技术的发展,特别是纳米科技的迅速发展,由于纳米材料表现出了量子尺寸效应、小尺寸效应、表面和界面效应等不同于常规材料的特性,所以纳米尺寸和纳米结构吸波材料的研究越来越受到重视。此外,研究者已经意识到通过控制设计吸波材料的结构和形状为实现吸波材料性能突破提供了新的途径。
　　本文设计并制备出一种具有周期性纳米结构特征的新型吸波材料。
　　首先合成出周期性结构的多孔阳极氧化铝(AAO)膜,然后采用溶胶-凝胶法制备出具有周期性纳米结构的Fe3O4/AAO膜复合吸波材料,并且对所得到的复合材料的吸波性能进行研究。另外,我们又制备了MnFe2O4/AAO膜复合吸波材料,并且对该材料的吸波性能进行了研究。具体研究内容包括以下三个方面:
　　1.在自制的电化学装置中,采用电化学阳极氧化法在草酸体系下制备了具有周期性纳米孔道结构的多孔氧化铝(AAO)膜,用扫描电镜(SEM)对AAO膜的形貌进行了表征。然后采用溶胶-凝胶法制备出具有周期性纳米结构的Fe3O4/AAO膜复合吸波材料,研究了氧化铝膜的表面电位、有机络合剂、溶胶灌注方法、AAO膜表面修饰、制备溶胶的pH值等条件对Fe3O4/AAO膜复合吸波材料的影响,对所制备的材料采用透射电镜(TEM)、扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)和振动样品磁强计(VSM)分别进行形貌、物性和磁性能表征。实验结果表明通过合理控制溶胶的pH值和沉积时间,可以成功制备出Fe3O4纳米管与AAO膜复合的具有周期性纳米结构的吸波材料。
　　2.将Fe3O4/AAO膜复合吸波材料制备成微波吸收样品,通过选择采用“密闭波导测试法”作为测量样品吸波性能的方法,然后用Agilent E8362B矢量网络分析仪测试其吸波性能,测试结果表明该复合吸波材料的反射衰减均高达-10dB以上,整体呈现窄频吸收,吸收峰出现在17 GHz左右。而且Fe3O4/AAO膜复合吸波材料的吸波性能随着膜厚度的增加而增强,但是其反射衰减并不随着沉积时间的延长而线性增加。磁性能测试表明该材料呈现室温铁磁性,具有一定的磁各向异性。3.采用溶胶-凝胶法分别在280 oC和550 oC温度下制备出MnFe2O4/AAO膜复合吸波材料,通过TEM、SEM和XRD表征表明经过550 oC热处理的样品为
　　MnFe2O4/AAO膜复合吸波材料,其中MnFe2O4以纳米管形貌填充在AAO膜中。复合吸波材料的吸波性能测试表明,反射衰减相对较弱,均小于-10dB,整体呈宽频吸收。随着复合吸波材料的膜厚的增加,吸波性能也相对增强,但是其反射衰减也不随沉积时间的增加而线性增强。
　　本文成功制备出一种具有周期性纳米结构的新型吸波材料,并研究了这种吸波材料的吸波性能。经过进一步的性能优化,这种Fe3O4/AAO膜吸波材料有望应用于窄频滤波器领域。虽然这种结构的吸波材料的吸波机理有待进一步研究,但是这种制备吸波材料的方法为设计新型吸波材料提供一种新途径。

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第一章绪论

1.1引言

1.2微波吸收材料概念

1.3微波吸收材料简介

1.4微波吸收材料的研究现状

1.5吸波材料的发展方向

1.6论文的选题依据、内容和意义

参考文献

第二章具有周期性纳米结构的Fe3O4/AAO膜复合吸波材料的制备

2.1引言

2.2多孔阳极氧化铝膜的制备

2.3 Fe3O4 /AAO膜复合吸波材料的制备

2.4不同实验条件对样品制备的影响

2.5本章小结

参考文献

第三章具有周期性纳米结构的Fe3O4/AAO膜复合吸波材料的吸波性能研究

3.1引言

3.2微波吸收材料吸波性能测试方法简介

3.3本文测量仪器及方法

3.4 Fe3O4/AAO膜复合吸波材料的吸波性能研究

3.5 Fe3O4/AAO膜复合吸波材料的磁性能测试及其吸波机理初探

参考文献

第四章具有周期性纳米结构的MnFe2O4/AAO膜复合吸波材料的制备及吸波性能研究

4.1引言

4.2 MnFe2O4/AAO膜复合吸波材料的制备

4.3 MnFe2O4/AAO膜复合吸波材料的吸波性能

4.4 Fe3O4/AAO和MnFe2O4/AAO膜复合吸波材料的吸波性能比较

4.5本章小结

参考文献

第五章结论

致谢

附录