BaFe12-x(Ni0.5Cu0.5Zr)x/2O19铁氧体的制备及吸波性能研究

论文摘要

随着电子技术、雷达和微波通信技术的迅速发展,特别是近年来抗电磁干扰、隐身技术和微波暗室方面的要求,微波吸收材料日益受到人们的重视。铁氧体吸波材料是一种既有介电损耗,又有磁损耗的微波吸收材料。其中磁铅石型钡铁氧体由于具有较强的各向异性、较高的复介电常数虚部和复磁导率虚部,因而通过元素替位、颗粒形貌控制和纳米化,在很大程度上能够满足人们对现代电磁波吸收体涂层薄、频带宽、吸收强、质量轻的设计要求,因而备受关注。本文采用溶胶-凝胶法制备Ni-Cu-Zr替代Fe的BaFe12-x(Ni0.5Cu0.5Zr)x/2O19（x = 0,1,2,3）粉末,并在空心微珠表面制备出BaFe9(Ni0.5Cu0.5Zr)3/2O19铁氧体颗粒包覆层。用原位聚合法制备BaFe9(Ni0.5Cu0.5Zr)3/2O19/聚苯胺复合材料。用X射线衍射仪（XRD）、扫描电镜（SEM）对制备的样品进行物相、结构及微观形貌的分析,用矢量网络分析仪测其电磁参数,计算并分析了它们的电磁性能。取得了以下结果:（1）采用溶胶-凝胶法制备Ni-Cu-Zr替代Fe的BaFe12-x(Ni0.5Cu0.5Zr)x/2O19x = 0,1,2,3)粉末。结果表明:元素替代（x = 1和x =2 ）样品的衍射峰结构与没有替代的钡铁氧体BaFe12O19衍射峰的结构一致,仅是衍射峰的位置总体向小角度偏移,表明可以用Ni-Cu-Zr替代BaFe12O19中的Fe3+形成单相的磁铅石型结构铁氧体。x = 3样品XRD图谱中,除了BaFe12O19的特征衍射峰以外,还有一些强度较弱的衍射峰无法标定,这表明在替代量x≥3时,可能有第二相开始出现。材料厚度为1.8 mm时,x = 0,2,3的样品在2-18 GHz范围内反射率较小,且随频率变化不大,而对x=1的样品在15.8 GHz时有一共振峰,其最大反射率为- 9.24 dB。（2）用原位聚合法制备BaFe9(Ni0.5Cu0.5Zr)3 /2O19/聚苯胺复合材料。研究发现,BaFe9(Ni0.5Cu0.5Zr)3/2O19（BF）/聚苯胺（AN）复合材料表现出良好的吸波性能。当BaFe9(Ni0.5Cu0.5Zr)3 /2O19与聚苯胺质量比为1:1,厚度为2 mm时吸收能力最强,在11.8 GHz时吸收率为-21.7 dB,在11.3 15.8 GHz范围内都优于-10 dB。保持WA N :WBF = 1:1不变,改变材料的厚度（d = 1.8 - 3.5 mm）,可以在保持最大损耗率基本不变的条件下改变其共振频率（13.1- 6.2GHz）,从而达到调控材料共振频率位置的目的。（3）采用溶胶-凝胶法能够在空心微珠表面包覆单相的磁铅石型结构的BaFe 9(Ni0.5Cu0.5Zr)3 /2O1 9。BaFe9(Ni0.5Cu0.5Zr)3/2O19与空心微珠表面包覆BaFe9(Ni0.5Cu0.5Zr)3/2O19的磁损耗与介电损耗在不同频段有不同的表现形式。由于包覆层较薄,低于11 GHz时空心微珠表面包覆BaFe9(Ni0.5Cu0.5Zr)3/2O19的吸波性能比单体的铁氧体差。而在高于11 GHz时,由于微波在空心空心微珠界面多次反射效应增强,使得吸波性能优于单体的铁氧体材料。为了获得好的吸波性能,需要选择合适直径的空心微珠,同时控制包覆层的厚度。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 铁氧体材料
• 1.2 常用吸波材料
• 1.2.1 铁氧体吸波材料
• 1.2.2 空心微珠吸波材料
• 1.2.3 纳米吸波材料
• 1.2.4 导电聚合物吸波材料
• 1.2.5 手性吸波材料
• 1.2.6 等离子体吸波材料
• 1.3 M 型铁氧体吸波材料
• 1.3.1 M 型钡铁氧体吸波材料的研究现状
• 1.3.2 M 型钡铁氧体材料的晶体结构
• 1.3.3 M 型钡铁氧体的基本特性
• 1.3.4 吸收机制
• 1.3.5 制备方法
• 1.3.6 吸波材料的发展趋势
• 1.4 本论文的研究背景及研究内容
• 第2章 吸波材料的理论基础与性能测量
• 2.1 吸波材料的理论基础
• 2.1.1 微波段电磁波的分类
• 2.1.2 材料的电磁参数
• 2.1.3 波阻抗
• 2.1.4 吸波材料的吸波原理
• 2.2 吸波材料的性能测量
• 2.2.1 同轴环样品的制备
• 2.2.2 复介电常数和复磁导率的测量
• 2.2.3 吸波性能的测试和理论计算
• 2.3 吸波材料的评价方法
• 12-x(Ni_0.5Cu_0.5Zr)_x/2O₁₉的制备及磁性能研究'>第3章 Ni-Cu-Zr替代的M型钡铁氧体BaFe_12-x(Ni_0.5Cu_0.5Zr)_x/2O₁₉的制备及磁性能研究
• 3.1 实验药品
• 3.2 实验仪器
• 3.3 实验步骤
• 3.4 样品表征
• 3.4.1 物相分析
• 3.4.2 磁性能分析
• 12-x(Ni_0.5Cu（0.5）Zr)_x/2O₁₉ 吸波性能计算及分析'>3.5 替代的钡铁氧体BaFe_12-x(Ni_0.5Cu（0.5）Zr)_x/2O₁₉吸波性能计算及分析
• 3.5.1 介电常数、磁导率随频率的变化关系
• 3.5.2 吸波性能计算及分析
• 9(Ni_0.5Cu_0.5Zr)₃/2 O₁₉/聚苯胺复合材料的制备及吸波性能研究'>第4章 BaFe₉(Ni_0.5Cu_0.5Zr)₃/2 O₁₉/聚苯胺复合材料的制备及吸波性能研究
• 4.1 钡铁氧体/聚苯胺复合材料的研究背景
• 4.2 导电高分子聚苯胺
• 4.2.1 导电聚苯胺的国内外研究现状
• 4.2.2 聚苯胺的结构
• 4.2.3 导电聚苯胺的导电机理
• 4.2.4 导电聚苯胺/钡铁氧体复合材料的制备方法
• 9(Ni_0.5Cu（0.5）Zr)_3/2O₁₉/聚苯胺复合材料的制备'>4.3 BaFe₉(Ni_0.5Cu（0.5）Zr)_3/2O₁₉/聚苯胺复合材料的制备
• 4.3.1 聚苯胺的制备
• 9(Ni_{0 .5}Cu_0.5Zr)_3/2O₁₉/聚苯胺复合材料的合成'>4.3.2 BaFe₉(Ni_{0 .5}Cu_0.5Zr)_3/2O₁₉/聚苯胺复合材料的合成
• 9(Ni_0.5Cu_0.5Zr)_3/2O₁₉/聚苯胺复合材料的物相分析'>4.4 BaFe₉(Ni_0.5Cu_0.5Zr)_3/2O₁₉/聚苯胺复合材料的物相分析
• 4.4.1 ε'和ε'' 随f 的变化曲线
• 4.4.2 μ' 和μ'' 随f 的变化曲线
• 4.4.3 吸波计算及分析
• 9(Ni_0.5Cu_0.5Zr)_3/2O₁₉包覆层的制备及电磁性能研究'>第5章 空心微珠表面BaFe₉(Ni_0.5Cu_0.5Zr)_3/2O₁₉包覆层的制备及电磁性能研究
• 5.1 空心微珠简介
• 5.2 颗粒涂层的制备及其应用
• 5.2.1 颗粒涂层的制备方法
• 5.2.2 粉末颗粒涂层的应用
• 9(Ni_0.5Cu_0.5Zr)_3/2O₁₉包覆层的制备及结果分析'>5.3 空心微珠表面BaFe₉(Ni_0.5Cu_0.5Zr)_3/2O₁₉包覆层的制备及结果分析
• 5.3.1 主要原料及试剂
• 5.3.2 空心微珠的表面处理
• 5.3.3 制备过程
• 5.3.4 XRD 分析
• 5.3.5 SEM 分析
• 9(Ni_0.5Cu_0.5Zr)_3/2O₁₉包覆后电磁特性分析'>5.4 空心微珠表面BaFe₉(Ni_0.5Cu_0.5Zr)_3/2O₁₉包覆后电磁特性分析
• 5.5 吸波性能分析
• 结论
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• 详细摘要