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羰基铁微粉复合物微波吸收性能的优化

作　者: 崔荣振
导　师: 王涛；李发伸
学　校: 兰州大学
专　业: 凝聚态物理
关键词: 羰基铁复磁导率复介电常数反射损耗微波吸收
分类号: TM25
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

在快速发展的当今社会,由于各种电子器件的普遍应用,给我们的生活环境产生了大量的电磁波,造成空间的电磁污染。这些电磁波相互之间不但有干扰,而且对人体也有危害性。所以微波吸收材料从军事应用走进民生领域。信息社会要求传输内容的速度要快,质量要高,这使得应用传输电磁波的频率越来越高。那么,用于消除这些电磁波干扰的微波吸收材料的工作频率也要相应的提高。羰基铁居里温度高(775℃),饱和磁化强度大(210emu/g),矫顽力小(约15 Oe),是很好的微波吸收剂。但是这种传统材料的截止频率低,介电常数大,阻抗匹配程度小,在吸波性质上还有改进的空间。本文中,通过对羰基铁的氧化,球磨,包覆,旋转磁场取向等手段来改善材料的吸波性能,达到吸波材料“厚度薄,频带宽,重量轻,吸收强”的要求。氧化过程是让颗粒表面覆有一层氧化物,达到降低材料介电常数的目的。为了比较容易的控制氧化过程,实验中使用氧化能力稍弱的双氧水作为氧化剂。球形颗粒可以通过机械球磨变为片状颗粒,经过旋转磁场取向后可形成平面各向异性材料,同时提高材料的截止频率和磁导率。包覆二氧化钛可以进一步降低介电常数,增加阻抗匹配程度,提高吸波性能。(1)表面氧化对球形羰基铁复合材料吸波性能的影响：首先是用球形羰基铁与石蜡制作复合材料,复合材料有一定的吸波性能。在氧化过程后,有效的降低了复合材料的介电常数,提高了匹配度,吸收带宽展宽(30%浓度样品吸波强度在-5 dB以下的带宽由8.5展宽到10.1 GHz),增加了吸收强度(由-10 dB增强到-15 dB)。说明通过氧化的手段可以调控材料的电磁参数,进而改善复合材料的吸波性能。(2)形貌对羰基铁复合材料吸波性能的影响：通过球磨,得到片状羰基铁颗粒,提高了材料的磁导率,这有利于吸波复合材料的薄型化(在2-4 GHz频段厚度由4-7 mm降为2 mm左右)。但是球磨后,样品的介电常数升高了很多。为了解决这一问题,我们对其进行表面氧化处理。实验结果说明可以降低,但没能达到我们所要求和磁导率匹配的数值。这时,需要进一步提高材料的磁导率。实验是通过旋转磁场取向的方法来提高材料的磁导率。在理论上可以提高到原来的1.5倍。实验结果是,取向的效果很好,33%浓度样品的初始磁导率由7升高到10.8。磁导率的升高改善了阻抗匹配,但是磁导率和介电常数的差距依然很大,需要进一步处理。(3)在羰基铁颗粒表面包覆Ti02:为了有效降低片形羰基铁制成的复合材料介电常数高的问题,对其进行了包覆二氧化钛的处理。包覆后样品制成的复合材料在0.1-4GHz频段范围保持了-10 dB的吸收强度,同时降低了吸波体的厚度。这对降低涂敷在飞行器上吸波涂层的重量有重要作用。实验结果达到降低介电常数的目的。在阻抗匹配上出现了最佳点,5 mm厚度的样品在0.8 GHz附近可以达到-45个dB。这表明用包覆的方法可以改善材料的微波吸收性能。(4)粘结剂对复合材料吸波性能的影响：把羰基铁作为吸波剂,分别选取石蜡、环氧树脂和有机硅环氧树脂作为粘结剂来制作样品。实验中是以40%体积浓度制作样品,结果表明有机硅环氧树脂作为粘结剂吸波效果最好,其反射损耗最小值在3.2 GHz处达到-41.1 dB(能量吸收率99.9%),低于-5 dB(能量吸收率70%)的频带宽度为4.5 GHz(1.8-6.3 GHz),低于-10 dB(吸收率90%)的频带宽度为1.9 GHz(2.4-4.3GHz)。制作并研究了不同体积分数的羰基铁／有机硅环氧树脂复合材料的微波吸收性质。可以通过调节羰基铁粉的体积分数和复合材料的厚度使得吸收峰处于所用的频段。

全文目录

摘要  5-7
Abstract  7-11
第一章引言  11-19
  1.1 微波吸波材料的研究背景和发展概况  11-15
    1.1.1 电磁波辐射的危害  11-13
    1.1.2 吸波材料的类型与发展  13
    1.1.3 新型吸波材料  13-15
  1.2 金属磁性颗粒  15-17
    1.2.1 金属磁性颗粒用于吸波材料  15
    1.2.2 平面磁各向异性材料的研究目的与意义  15-17
  参考文献  17-19
第二章理论基础  19-30
  2.1 动态磁性理论  19-23
    2.1.1 复数磁导率和复数介电常数  19-21
    2.1.2 磁损耗机理  21-23
    2.1.3 Snoek极限  23
  2.2 双各向异性模型  23-25
  2.3 微波吸收性能  25-29
    2.3.1 传输线理论  25-27
    2.3.2 阻抗匹配  27-28
    2.3.3 吸波机理  28-29
  参考文献  29-30
第三章羰基铁微粉复合材料的制备及性能表征  30-39
  3.1 制备羰基铁粉/粘结剂复合材料  30-32
    3.1.1 制作环状样品  30
    3.1.2 对羰基铁粉的氧化  30-31
    3.1.3 对羰基铁粉的球磨  31
    3.1.4 羰基铁粉表面包覆二氧化钛(TiO_2)  31-32
    3.1.5 片状样品的取向  32
  3.2 样品的性能表征  32-38
    3.2.1 X射线衍射仪(XRD)  32-34
    3.2.2 扫描电子显微镜(SEM)  34-35
    3.2.3 振动样品磁强计(VSM)  35
    3.2.4 矢量网络分析仪(VNA)  35-37
    3.2.5 差热分析与热重法(DTA,TG)  37-38
  参考文献  38-39
第四章羰基铁复合材料吸波性能的优化  39-65
  4.1 球形羰基铁粉  39-50
    4.1.1 球形羰基铁粉/石蜡复合材料  41-45
    4.1.2 表面氧化后球形羰基铁粉/石蜡复合材料  45-50
  4.2 平面各向异性羰基铁粉  50-58
    4.2.1 平面各向异性羰基铁粉/石蜡复合材料  51-53
    4.2.2 表面氧化后平面各向异性羰基铁粉/石蜡复合材料  53-55
    4.2.3 平面各向异性颗粒的旋转磁场取向  55-58
  4.3 TiO_2对平面各向异性羰基铁/石蜡复合材料的影响  58-65
    4.3.1 电磁参数对吸波效果影响的计算  58-60
    4.3.2 片状羰基铁包覆TiO_2  60-65
第五章粘结剂对羰基铁复合材料吸波性能的影响  65-70
  5.1 复合材料的制备  65
  5.2 三种基质复合材料的微波吸收性质  65-68
  5.3 羰基铁/有机硅环氧树脂复合材料  68-70
第六章结论和展望  70-72
  结论  70-71
  展望  71-72
附录  72-73
致谢  73

羰基铁微粉复合物微波吸收性能的优化

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