纳米复合吸波材料制备及性能研究
作者 : 未知

  【摘 要】随着现代科学技术不断的发展,电子仪器使用范围的增加,导致电磁波辐射对环境的影响逐日增大,如果想提高国家的军事能力并解决电磁污染的问题,就必须要在这些领域广泛的运用吸波材料[1]。但是由于吸波材料对性能的损耗很大,所以要想提高吸波材料的性能,就需要不断的研究和探讨,并研制出其他性质的吸波材料,进一步提高材料的性能[2]。本文系统的研究了通过结合自蔓延燃烧技术和溶胶-凝胶法,制备出具有多层结构的符合粉末,该多层材料包括以铁氧体作为外壳并以空心微球作为核心,或者是在中间加入一层金红石型二氧化钛,并分析研究其吸波性能和结构。
  【关键词】铁氧体纳米复合吸波材料制备性能研究
  1 制备流程
  1.1 制备钡铁氧体轻质复合粉末/空心陶瓷微球,并研究其性能
  为了制备钡铁氧体轻质复合粉末/空心陶瓷微球,需要结合使用自蔓延燃烧技术和溶胶-凝胶法。自蔓延燃烧技术指的是通过外部提供一定的热量诱发自身的高放热反应体系中的局部形成前沿燃烧波,产生化学反应,然后利用化学反应中提供的热量下继续诱发产生反应,就这样持续不断的反应,形成蔓延状态的燃烧波[3]。在燃烧波的推进下,原有的混合料物经过充分的化学反应后转化为产物,随着燃烧波的不断蔓延,最终会将这些化学产物转化为复合粉末。而使用溶胶-凝胶法是为了提高溶液的均匀度,达到分子的级别[4]。
  1.2 空心微球/二氧化钛/钡铁氧体复合粉末的制备及性能研究
  首先是采用钛酸四丁酯及有机溶剂配置二氧化钛溶胶,利用溶胶-凝胶法将二氧化钛包覆在空心微球表面。然后将经二氧化钛包覆后的空心陶瓷微球加入到配置好的钡铁氧体前驱物溶液中,通过超声搅拌、干燥脱水处理后,得到空心微球/二氧化钛/钡铁氧体复合粉末。最后将通过化学反应产生的复合粉末与石蜡充分的混合,然后利用相关机械将混合均匀的粉末制成环状的样品,通过同轴传输/反射法来测试样品中的复合粉末,在2-18GHz频段内,所反映出的电磁波性能。
  1.3 在空心陶瓷微球的表面制备二氧化钛包覆的外壳
  如果想在空心陶瓷微球的表面制备出一层由二氧化钛包覆的外壳,就需要利用溶胶-凝胶法。二氧化钛溶胶制备的原料是钛酸四丁酯,这种物质非常容易水解,因此所使用的溶剂是有机溶剂,而不是水。在制作二氧化钛外壳的同时,还要根据严格的处理步骤来处理空心微球,处理好之后留作备用。
  取空心微球分散于无水乙醇与乙腈的3:1的混合溶液中,要利用超声波对混合溶液进行20min分散,使之充分的混合。在搅拌的过程中,加入一定量的氨水,其质量分数为27%。按照比例混合20ml无水乙醇、0.2g三乙醇胺、钛酸四丁酯,混合溶液需要充分搅拌5min,使溶液呈现出澄清的状态,然后将搅拌好的溶液与之前的空心微球溶液混合,需要注意的是混合的方式需要逐滴的加入,并在混合后充分搅拌2h,搅拌之后再静置2h,再通过二氧化钛前驱体改变空心微球的性质。在两者反应之后,将沉淀离心分离出来,并经无水乙醇洗涤沉淀。将沉淀烘干研磨后经850℃下高温热处理一小时即得到二氧化钛包覆的空心陶瓷微球。
  1.4 氧化钛微球/钡铁氧体轻质复合粉末的制备
  根据BaFe12O19的化学成份配比,进行钡铁氧体前驱物溶液的配制。为了让复合粉末同时达到强微波吸收和轻质的目的,空心陶瓷微球在复合粉末中的含量应该达到50wt%,并且含量要一直保持在这一水平上。在实验的过程中,通过改变复合粉末中二氧化钛的含量,研究在不同的含量下,复合粉末的微波吸收性能、磁性能以及晶体结构受到中间层影响的差异规律,比如二氧化钛的含量可以控制为0、10、20、25、30,也就是说二氧化钛在钡铁氧体总重量中的比重为0%(0/50)、25%(10/40)、66.7%(20/30)、100%(25/25)、150%(30/20)。
  将钡铁氧体前驱物溶液与氧化钛陶瓷微球按照一定的比例混合,并利用超声波对混合溶液进行10min分散震荡,然后通过水浴加热混合溶液,其温度要达到80℃,蒸发混合溶液中多于的水分。蒸发的过程要抑制持续到溶液转变成为凝胶状态。由蒸发形成的具有一定湿度的凝胶,再放入干燥箱中加热,使之完全干燥,形成干凝胶。将完全干燥的干凝胶点燃,直至充分燃烧后形成粉末,并在研磨之后对干凝胶粉末高温处理(850℃下,持续1h),最终形成复合粉末。最后将通过化学反应产生的复合粉末与石蜡充分的混合,然后利用相关机械将混合均匀的粉末制成环状的样品,通过同轴传输/反射法来测试样品中的复合粉末,在2-18GHz频段内,所反映出的电磁波性能。
  经过反复试验发现,空气中的电磁波如果想进入空心微球的内部,就需要依次穿过铁氧体层、二氧化钛中间层、空心陶瓷微球的壁。这样一来,每次电磁波在穿过层与成之间的时候,就会产生衍射和反射的现象,在电磁波进入空心微球内部的时候,就必须经过多次的衍射和反射。因此,通过添加二氧化钛层,组成多层结构,电磁波会增加入射的时间和传播路程,这也就是吸波介质的厚度增加了,因此增加了电磁波的损耗。
  最后,层状结构的复合粉末是由铁磁性物质和非磁性物质共同构成的,两个层之间的距离在数纳米的时候,彼此之间会产生自选转移效应,这种效应也会对吸收电磁的复合粉末带来影响。
  【参考文献】
  [1]黄涛,黄英,贺金瑞.吸波材料研究进展[J].玻璃钢/复合材料,2003(1):37-40.
  [2]郭亚平,郭亚军,吕君英.聚苯胺/铁氧体复合颗粒的合成与表征[J].材料科学与工艺,2005,02:1005-1299.
  [3]刘学清,刘继延,周芳.稻壳SiO2/聚氨酯纳米复合材料的制备及性能研究[J].广东化工,2010(2):9-10.
  [4]何冶,支文.纳米复合材料的性质及制备的研究[J].长春大学学报,2009,19(10):27-28.

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