前驱体定向合成金属钴纳米片及其吸波特性的研究

摘要

随着社会的发展与进步，越来越多的电子设备应用到人们的生产和生活中，这些电子设备产生的电磁波会干扰其它设备正常的信息传递，降低生产效率，甚至会损坏人体的中枢神经，引发血液循环不畅，极大程度地威胁人们的身体健康。同时，在现代战争中，侦察探测技术的发展给武器的生存作战环境带来了极大的挑战，因此发展高性能的隐身材料势在必行。为此，不少研究学者也对各种吸波材料进行了深入地探究。本文以典型的吸波材料—磁性金属钴为例，通过一系列的实验，探索了工艺条件对钴纳米片电磁参数和吸波特性的影响。　　(1)通过均相沉淀法合成了α和β两种晶相的六边形氢氧化钴纳米片。其中，α相氢氧化钴呈深绿色，微观上呈现出花瓣状，径向尺寸约为3~5μm，厚度约为100nm，并且样品的均一性不易调控；而β相呈粉红色，微观下呈现出完整的正六边形片状结构，表面平整，尺寸均一，径向尺寸约为2~3μm，厚度约为150nm，α相的高宽比会比β相的更大。　　(2)将制备出的α和β两种晶相的氢氧化钴前驱体采用氢气热还原法进行还原。对比研究了在400℃，500℃，600℃下的还原产物，探究了不同温度对材料电磁参数的影响。结果表明，β前驱体相还原后的样品能较好的保持片状形貌，约为3μm的径向尺寸和120nm的厚度。其中β相前驱体还原后，得到了多孔的钴纳米片，在500℃下还原的样品有着最好的电磁吸波性能，最小反射损耗为-45dB，对应的有效带宽为8.4GHz。片状结构较大的高宽比使其各向异性和磁导率随之提升，突破了斯诺克限制，多孔结构能有效调节其介电常数，使其保持良好的电磁吸波性能。而α相前驱体在400℃，500℃，600℃三个温度下还原后，样品均由前驱体的花瓣状变为颗粒状，对比同温度下还原β相样品，α相样品的电磁吸波性能明显要弱。　　(3)为了提升还原效率，改用微波氢气等离子体还原的方法，探究不同浓度的β相前驱体对还原后钴纳米片吸波性能的影响。相比于用氢气热还原，能量更大的氢等离子体的还原效率比氢气更高，且微波等离子体能够提升钴纳米片的磁晶各向异性。随着前驱体浓度的逐渐增大，逐渐由β相变为α相，同时由于α相自身的高宽比较大，无法维持其完整的六边形形貌而出现破损，表明并非高宽比越大，其吸波性能提升越明显。浓度为5mmol/L的前驱体还原后的钴纳米片的最小反射损耗为-70.7dB，比采用热还原得到钴纳米片要高。　　(4)采用溶胶凝胶法将纳米二氧化硅包覆在钴纳米片上形成核壳结构，以此来降低介电常数，改善复合结构的电磁吸波性能。探究包覆SiO2量对复合结构吸波性能的影响。结果表明，相比于未包覆二氧化硅的钴纳米片，降低的电导率使其介电常数也有明显的下降，其最小反射损耗、有效带宽和带宽调节能力均有了显著提升。采用一系列浓度梯度的TEOS进行包覆，结果3.725ml/L浓度的TEOS包覆一次后，钴纳米片最小反射损耗达到了-53dB。在最小反射损耗保持在极低值同时，它的有效带宽达到了5.1GHz。而且包覆在外的二氧化硅隔绝了内部钴核与空气的接触，提升了自身的抗氧化性。

目录

声明

1 绪论

1.1 本论文的研究目的和意义

1.2 吸波材料的国内外研究现状及发展趋势

1.3 金属钴的电磁吸波性能研究现状

1.4 本论文主要工作及内容

2 前驱体氢氧化钴纳米片的制备和表征

2.1 引言

2.2 实验部分

2.2.1 实验原料

2.2.2 实验设备

2.3 制备工艺及其相关表征

2.3.1 制备前驱体的原理

2.3.2制备β-Co(OH)2

2.3.3制备α-Co(OH)2

2.3.4前驱体表征

2.4 结果与讨论

2.5 本章小结

3 氢气热还原法制备钴纳米片及其吸波性能

3.1 引言

3.2 实验部分

3.2.1 实验原料

3.2.2 实验设备

3.3制备工艺及其相关表征

3.3.1 氢气热还原法得到钴纳米片的制备工艺

3.3.2 氢气热还原法制备钴纳米片的表征方法

3.4 结果与讨论

3.4.1 β相前驱体还原得到金属钴的电磁波吸收性能

3.4.2 α相前驱体还原得到金属钴的电磁波吸收性能

3.5 本章小结

4 微波氢气等离子体法制备钴纳米片及其吸波性能

4.1 引言

4.2 实验部分

4.2.1 实验原料

4.2.2 实验设备

4.3 制备工艺及其相关表征

4.3.1 微波氢气等离子体还原法得到钴纳米片的制备工艺

4.3.2 微波氢气等离子体还原法制备钴纳米片的表征方法

4.4 结果与讨论

4.5 本章小结

5 SiO2与钴纳米片复合结构的制备及其吸波性能

5.1 引言

5.2 实验部分

5.2.1 实验原料

5.2.2 实验设备

5.3 制备工艺及相关表征

5.3.1 前驱体包覆SiO2

5.3.2包覆前驱体的还原

5.3.3 包覆SiO2还原后钴纳米片的表征

5.4 结果与讨论

5.5 本章小结

结论

致谢

参考文献

个人简历、在学期间发表的学术论文及取得的研究成果