Fe3O4空心纳米结构及其复合材料的合成与吸波性能研究

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随着无线电通讯技术的快速发展,电磁波干扰与污染问题显得日益突出。电磁干扰不仅大大降低了人类通讯的质量,而且对人体的健康也有着潜在的威胁。为了能够解决人类所面临的电磁污染问题,科学家对于薄、轻、宽的电磁波吸收材料进行了深入的探索。目前研究最多的是磁性电磁波吸收材料和无机介电微波吸收材料,但是研究表明磁性材料是目前为止最有应用前景的电磁波吸收剂。四氧化三铁是一种重要的铁磁性材料,其在磁流体,磁记录材料,催化剂载体,生物医药等方面都有着极具前景的应用价值。此外,由于其良好的耐氧化能力、热稳定性好以及密度较小等优点,四氧化三铁纳米材料也被认为是一种优良的电磁波吸收材料。本文中选择四氧化三铁纳米材料为研究对象,侧重于四氧化三铁纳米空心材料的合成方法研究,并对其形成机理进行探索,表征了其磁性能和电磁波吸收性质。此外,还通过溶胶凝胶法制备了由四氧化三铁空心纳米材料与氧化锌、氧化钛形成的空心纳米复合材料,来提高材料的介电常数从而增强吸波性能,并对其进行了物性测试。本文的主要研究内容如下:1.在200℃的温度条件下,通过水热法,以氯化铁(FeCl3·6H2O)、乙二醇(EG)、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、尿素(CO(NH2)2)为原料,制备了Fe3O4空心纳米材料。通过改变加入的反应物的含量以及反应时间,对制备的Fe3O4空心纳米材料的形成机理进行了探索。通过XRD表征发现,制备的Fe3O4空心纳米材料的纯度高,结晶性能好,而且为面心立方结构。通过SEM、TEM电镜表征Fe3O4空心纳米材料的微观结构时发现,其直径大小约为500nm,分散均匀,空心部分约为200nm。利用磁力仪,网络矢量分析仪表征其磁性能和微波吸收性能发现,本文所述的Fe3O4空心纳米材料的磁性能良好,饱和磁化率为90.6emu/g。Fe3O4含量为68wt%的环氧树脂复合物吸波剂在频率范围为1.6-3.0GHz之间达到了对电磁波的99%吸收,表明所制备的Fe304空心球可作为一种优异的电磁波吸收体进行推广使用。2.以制备的Fe3O4空心球为核,在其表面包裹ZnO和TiO2薄膜,并通过表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)的使用使YiO2形成一层多孔膜,以增大表面积从而增强微波吸收性能。通过使用SEM、TEM表征发现Fe3O4@ZnO@TiO2核壳结构空心球中ZnO夹层的厚度和Yio2外壳的厚度均约为20nm,并且从TEM图片中清楚的看到所制备的Ti02薄膜是多孔结构。XRD, EDS表征发现,在合成的纳米复合材料纯度高,符合预期结果。并且通过磁力仪等对这种空心的核壳结构进行了磁性能的表征,在包裹之前Fe304空心球的饱和磁化率为90.6emu/g,经过第一次sol-gel溶胶凝胶包裹得到的Fe304@ZnO核壳结构空心球的饱和磁化率为68emu/g经过两次包裹得到的Fe304@ZnO@Ti02核壳结构空心球在室温下的饱和磁化率为41.5emu/g。
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