納米復(fù)合吸波材料制備及性能研究

李玉文

【摘 要】隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)不斷的發(fā)展，電子儀器使用范圍的增加，導(dǎo)致電磁波輻射對環(huán)境的影響逐日增大，如果想提高國家的軍事能力并解決電磁污染的問題，就必須要在這些領(lǐng)域廣泛的運(yùn)用吸波材料[1]。但是由于吸波材料對性能的損耗很大，所以要想提高吸波材料的性能，就需要不斷的研究和探討，并研制出其他性質(zhì)的吸波材料，進(jìn)一步提高材料的性能[2]。本文系統(tǒng)的研究了通過結(jié)合自蔓延燃燒技術(shù)和溶膠-凝膠法，制備出具有多層結(jié)構(gòu)的符合粉末，該多層材料包括以鐵氧體作為外殼并以空心微球作為核心，或者是在中間加入一層金紅石型二氧化鈦，并分析研究其吸波性能和結(jié)構(gòu)。

【關(guān)鍵詞】鐵氧體納米復(fù)合吸波材料制備性能研究

1 制備流程

1.1 制備鋇鐵氧體輕質(zhì)復(fù)合粉末/空心陶瓷微球，并研究其性能

為了制備鋇鐵氧體輕質(zhì)復(fù)合粉末/空心陶瓷微球，需要結(jié)合使用自蔓延燃燒技術(shù)和溶膠-凝膠法。自蔓延燃燒技術(shù)指的是通過外部提供一定的熱量誘發(fā)自身的高放熱反應(yīng)體系中的局部形成前沿燃燒波，產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，然后利用化學(xué)反應(yīng)中提供的熱量下繼續(xù)誘發(fā)產(chǎn)生反應(yīng)，就這樣持續(xù)不斷的反應(yīng)，形成蔓延狀態(tài)的燃燒波[3]。在燃燒波的推進(jìn)下，原有的混合料物經(jīng)過充分的化學(xué)反應(yīng)后轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物，隨著燃燒波的不斷蔓延，最終會將這些化學(xué)產(chǎn)物轉(zhuǎn)化為復(fù)合粉末。而使用溶膠-凝膠法是為了提高溶液的均勻度，達(dá)到分子的級別[4]。

1.2 空心微球/二氧化鈦/鋇鐵氧體復(fù)合粉末的制備及性能研究

首先是采用鈦酸四丁酯及有機(jī)溶劑配置二氧化鈦溶膠，利用溶膠-凝膠法將二氧化鈦包覆在空心微球表面。然后將經(jīng)二氧化鈦包覆后的空心陶瓷微球加入到配置好的鋇鐵氧體前驅(qū)物溶液中，通過超聲攪拌、干燥脫水處理后，得到空心微球/二氧化鈦/鋇鐵氧體復(fù)合粉末。最后將通過化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的復(fù)合粉末與石蠟充分的混合，然后利用相關(guān)機(jī)械將混合均勻的粉末制成環(huán)狀的樣品，通過同軸傳輸/反射法來測試樣品中的復(fù)合粉末，在2-18GHz頻段內(nèi)，所反映出的電磁波性能。

1.3 在空心陶瓷微球的表面制備二氧化鈦包覆的外殼

如果想在空心陶瓷微球的表面制備出一層由二氧化鈦包覆的外殼，就需要利用溶膠-凝膠法。二氧化鈦溶膠制備的原料是鈦酸四丁酯，這種物質(zhì)非常容易水解，因此所使用的溶劑是有機(jī)溶劑，而不是水。在制作二氧化鈦外殼的同時，還要根據(jù)嚴(yán)格的處理步驟來處理空心微球，處理好之后留作備用。

取空心微球分散于無水乙醇與乙腈的3：1的混合溶液中，要利用超聲波對混合溶液進(jìn)行20min分散，使之充分的混合。在攪拌的過程中，加入一定量的氨水，其質(zhì)量分?jǐn)?shù)為27%。按照比例混合20ml無水乙醇、0.2g三乙醇胺、鈦酸四丁酯，混合溶液需要充分?jǐn)嚢?min，使溶液呈現(xiàn)出澄清的狀態(tài)，然后將攪拌好的溶液與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?jǐn)嚢?h，攪拌之后再靜置2h，再通過二氧化鈦前驅(qū)體改變空心微球的性質(zhì)。在兩者反應(yīng)之后，將沉淀離心分離出來，并經(jīng)無水乙醇洗滌沉淀。將沉淀烘干研磨后經(jīng)850℃下高溫?zé)崽幚硪恍r即得到二氧化鈦包覆的空心陶瓷微球。

1.4 氧化鈦微球/鋇鐵氧體輕質(zhì)復(fù)合粉末的制備

根據(jù)BaFe12O19的化學(xué)成份配比，進(jìn)行鋇鐵氧體前驅(qū)物溶液的配制。為了讓復(fù)合粉末同時達(dá)到強(qiáng)微波吸收和輕質(zhì)的目的，空心陶瓷微球在復(fù)合粉末中的含量應(yīng)該達(dá)到50wt%，并且含量要一直保持在這一水平上。在實(shí)驗(yàn)的過程中，通過改變復(fù)合粉末中二氧化鈦的含量，研究在不同的含量下，復(fù)合粉末的微波吸收性能、磁性能以及晶體結(jié)構(gòu)受到中間層影響的差異規(guī)律，比如二氧化鈦的含量可以控制為0、10、20、25、30，也就是說二氧化鈦在鋇鐵氧體總重量中的比重為0%（0/50）、25%（10/40）、66.7%（20/30）、100%（25/25）、150%（30/20）。

將鋇鐵氧體前驅(qū)物溶液與氧化鈦陶瓷微球按照一定的比例混合，并利用超聲波對混合溶液進(jìn)行10min分散震蕩，然后通過水浴加熱混合溶液，其溫度要達(dá)到80℃，蒸發(fā)混合溶液中多于的水分。蒸發(fā)的過程要抑制持續(xù)到溶液轉(zhuǎn)變成為凝膠狀態(tài)。由蒸發(fā)形成的具有一定濕度的凝膠，再放入干燥箱中加熱，使之完全干燥，形成干凝膠。將完全干燥的干凝膠點(diǎn)燃，直至充分燃燒后形成粉末，并在研磨之后對干凝膠粉末高溫處理（850℃下，持續(xù)1h），最終形成復(fù)合粉末。最后將通過化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的復(fù)合粉末與石蠟充分的混合，然后利用相關(guān)機(jī)械將混合均勻的粉末制成環(huán)狀的樣品，通過同軸傳輸/反射法來測試樣品中的復(fù)合粉末，在2-18GHz頻段內(nèi)，所反映出的電磁波性能。

經(jīng)過反復(fù)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，空氣中的電磁波如果想進(jìn)入空心微球的內(nèi)部，就需要依次穿過鐵氧體層、二氧化鈦中間層、空心陶瓷微球的壁。這樣一來，每次電磁波在穿過層與成之間的時候，就會產(chǎn)生衍射和反射的現(xiàn)象，在電磁波進(jìn)入空心微球內(nèi)部的時候，就必須經(jīng)過多次的衍射和反射。因此，通過添加二氧化鈦層，組成多層結(jié)構(gòu)，電磁波會增加入射的時間和傳播路程，這也就是吸波介質(zhì)的厚度增加了，因此增加了電磁波的損耗。

最后，層狀結(jié)構(gòu)的復(fù)合粉末是由鐵磁性物質(zhì)和非磁性物質(zhì)共同構(gòu)成的，兩個層之間的距離在數(shù)納米的時候，彼此之間會產(chǎn)生自選轉(zhuǎn)移效應(yīng)，這種效應(yīng)也會對吸收電磁的復(fù)合粉末帶來影響。

【參考文獻(xiàn)】

[1]黃濤，黃英，賀金瑞.吸波材料研究進(jìn)展[J].玻璃鋼/復(fù)合材料，2003（1）：37-40.

[2]郭亞平，郭亞軍，呂君英.聚苯胺/鐵氧體復(fù)合顆粒的合成與表征[J].材料科學(xué)與工藝，2005，02：1005-1299.

[3]劉學(xué)清，劉繼延，周芳.稻殼SiO2/聚氨酯納米復(fù)合材料的制備及性能研究[J].廣東化工，2010（2）：9-10.

[4]何冶，支文.納米復(fù)合材料的性質(zhì)及制備的研究[J].長春大學(xué)學(xué)報，2009，19（10）：27-28.