微納米級鐵磁性金屬顆粒的外形調(diào)控會(huì)導(dǎo)致各向異性和表面原子比例變化,并對其電磁性能有很大影響。工作利用一步水熱還原法制備了具有發(fā)散分支結(jié)構(gòu)的微米級鈷顆粒。通過對反應(yīng)體系組成的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了分支結(jié)構(gòu)尺寸的調(diào)控,根據(jù)分支的長徑比不同,分別得到了劍麻狀,花狀以及類球狀顆粒。采用SEM、TEM和XRD對所得材料進(jìn)行了形貌及結(jié)構(gòu)表征,用VSM以及矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀對材料的室溫磁性能和電磁參數(shù)進(jìn)行了測試。研究了材料在2～18 GHz頻段的微波電磁特性。結(jié)果表明,基于形狀各向異性帶來的表面原子比例和矯頑力提升,以及多尺度的花瓣結(jié)構(gòu)對入射電磁波的多重散射效應(yīng),適度的分支結(jié)構(gòu)（花狀）的鈷顆粒具有最好的電磁波損耗能力。研究還發(fā)現(xiàn),一方面分級結(jié)構(gòu)可通過更豐富的界面和多尺度協(xié)同促進(jìn)電磁波的多重反射和散射,進(jìn)而延長傳輸路徑并增強(qiáng)微波耗散;而另一方面,過高的分支化結(jié)構(gòu)會(huì)導(dǎo)致吸波復(fù)合材料的電導(dǎo)率和介電損耗提高,不利于吸收劑添加量的提升和阻抗匹配設(shè)計(jì)。 

【文章來源】：功能材料. 2020,51(05)北大核心

【文章頁數(shù)】：7 頁

【部分圖文】：

不同形貌樣品的XRD圖

根據(jù)化學(xué)反應(yīng)式計(jì)算,水合肼顯著過量,為氧化還原理論需要量的5倍,鈷離子的初始濃度對反應(yīng)速度的影響較小,且整個(gè)反應(yīng)過程水合肼濃度變化不大,故反應(yīng)速率主要依賴于堿的濃度,堿的濃度增加促使反應(yīng)加快,更易于成球,而堿濃度小則利于顆粒緩慢生長成各向異性;而顆粒分支的長度依賴于鈷離子的濃度。圖2為水熱還原后得到的3種不同形貌的鈷微納米顆粒的場發(fā)射掃描電鏡圖(SEM),其中圖(a)和(b)表示不同放大倍率下的類球狀鈷顆粒,直徑大約在4～8 μm,顆粒表面有略有凸起;圖(c)和(d)表示不同放大倍率下的花狀鈷顆粒,直徑大約在3～6μm,顆粒表面的分支長度增加,長度大約1 μm左右,顆粒的核芯較大。圖(e)和(f)表示不同放大倍率下的劍麻狀鈷顆粒,直徑大約在4～8μm,圖中顯示,劍麻狀鈷顆粒具有明顯的分級結(jié)構(gòu)。每一個(gè)劍麻般的分支上都由許多凸起組成,分支連接在一起,從中心向外呈放射狀生長,長約3 μm。3種形貌的鈷顆粒的成功合成為研究其形態(tài)相關(guān)的電磁性能與微波吸收提供可能。2.2 磁性能分析

為了表示出三種鈷顆粒在2-18 GHz微波頻段的電磁吸波性能,根據(jù)傳輸線理論,利用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀模擬了鈷顆粒-石蠟復(fù)合材料在一定頻率和一定厚度下的電磁參數(shù)(復(fù)介電常數(shù)和復(fù)磁導(dǎo)率),計(jì)算了反射損耗(RL)值。如公式(4)、(5)所示:表1 3種不同形貌Co顆粒的磁性能參數(shù)Table 1 Magnetic properties of three kinds of cobalt powders 飽和磁化強(qiáng)度MMAX(A·m2·kg-1) 剩磁Mr(emu/g) 矯頑力Hc/79.6 A·m-1 類球狀Co 146.33 6.56 128.56 花狀Co 134.95 8.87 178.93 劍麻狀Co 131.04 12.77 184.58


本文編號：3029179