【摘 要】
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传统各向同性几何形状的磁性/介电复合的核/壳纳米结构吸波材料普遍因其较高的复介电常数(εr=εr′-jεr″)和较低的复磁导率(μr=μr′-jμr″),从而形成反射率较高的输入阻抗,严重阻碍了其发展和应用。一维和二维纳米磁性材料因其较大的形状各向异性,在提高磁导率的同时也增强了自然共振,因而可以突破Snoek极限,性能优于各向同性磁性核心。本文在保证核/壳纳米胶囊高介电常数的情况下,研究利用各向
【基金项目】
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安徽省自然科学基金面上项目“导热绝缘聚合物/石墨烯/磁性金属纳米胶囊的宽频微波吸收调制研究”(1608085ME93);
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传统各向同性几何形状的磁性/介电复合的核/壳纳米结构吸波材料普遍因其较高的复介电常数(εr=εr′-jεr″)和较低的复磁导率(μr=μr′-jμr″),从而形成反射率较高的输入阻抗,严重阻碍了其发展和应用。一维和二维纳米磁性材料因其较大的形状各向异性,在提高磁导率的同时也增强了自然共振,因而可以突破Snoek极限,性能优于各向同性磁性核心。本文在保证核/壳纳米胶囊高介电常数的情况下,研究利用各向异性磁性核心从根本上提升相对磁导率,改善阻抗匹配,提高吸波性能。本文采用多种液相化学方法制备了Ni/PANI和Ni/PS纳米链、Fe3O4/C纳米棒、Ba Fe12O19/g-C3N4纳米片等各向异性纳米胶囊,并详细研究了其生长机制和吸波性能。首先,利用低温液相还原结合原位聚合方法分别制备了导电和绝缘壳层包覆的Ni/PANI和Ni/PS纳米链。相比于Ni和Ni/PS,界面偶极增强了Ni/PANI纳米链的介电损耗,加之形状各向异性对磁性能的调制,其在超薄厚度为2.7 mm处获得了高达3.0 GHz的X波段宽频吸收性能,并且在频率为8.2 GHz处的反射损耗RL高达-43.0 d B;其次,利用碳热还原法制备了Fe3O4/C一维纳米棒。通过非晶C壳层的厚度调控结合一维[111]易磁化方向的各向异性增强,薄C壳层的纳米胶囊在Ku波段获得了很强的吸波性能,在频率为17.0 GHz,厚度为5.1 mm时,RL高达-51.3 d B,有效吸收频宽达到2.1 GHz;最后,利用强碱诱导的水热方法制备了Ba Fe12O19/g-C3N4二维纳米片。二维介电材料隔绝了Ba Fe12O19纳米片间磁偶极的相互作用,并抑制了趋肤效应,磁导率实部μ′在1-8 GHz提高了1%,磁导率虚部μ″提高了27.2%,但因核壳间隙削弱了界面介电极化,仅在厚度为7.6 mm处获得了0.2 GHz有效吸收频宽(RL<-5)的尖锐吸收峰,峰值在17.4GHz的RL仅为-8.79 d B。结果表明,本文的各向异性磁性结构可以增强纳米胶囊的磁损耗性能,改善阻抗匹配,提升吸波频宽和性能,这对于发展纳米吸波材料,拓宽其应用频带和提升综合性能,具有较大的理论参考和实用价值。
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