水熱還原法制備納米Ni粉及吸波性能

黃亞軍，朱巖巖，靖輝隆，張 娜，管家虎

(宿州學院 化學化工學院，安徽 宿州 234000)

科技的發展讓電子產品給人們帶來便捷，但產生電磁波危害也不容忽視。所以吸波材料的研究和應用前景十分廣闊[1-2]。近年來，納米鎳粉的制備和應用十分廣泛[3]。鎳是有良好磁性損耗機制的過渡性金屬[4-5],具有寬頻帶、兼容性好[6]、質量輕和厚度薄等特點[7]，可作為吸波材料。

在還原劑為鹽酸肼的條件下，以水熱還原法，制備鎳粉。鹽酸肼的氧化產物是氮氣，不會引入雜質且成本低[8]。通過水熱法制得納米顆粒具有尺寸小[9]、比表面積大、量子尺寸效應、表面效應等特點表現出了很多超出常規材料的優良性[10]。所以本次用鹽酸肼為還原劑，分別在不同溫度和還原劑濃度下制得納米鎳，觀察鎳粉的形貌并測試其吸波性能。

1 實驗原料、方法及性能測試

1.1 納米鎳的制備

實驗原料：NiCl2·6H2O，AR；N2H4·2HCl，AR，NaOH，AR，CH3CH2O，AR，PVP(K30)，AR。方法：稱取2.425 g NiCl2·6H2O溶入蒸餾水中，使用超聲清洗儀超聲溶解。再將3.0 g N2H4·2HCl超聲溶解于蒸餾水中，混合上述兩溶液。混合溶液中滴加NaOH溶液，直至pH值到10。將混合溶液轉至反應釜中，在烘箱中反應8 h后用磁分離法收集產物,用蒸餾水、乙醇多次洗滌，放于60℃真空干燥箱中干燥6 h。

1.2 樣品的表征

使用DX-2600X射線衍射儀分析所制得納米Ni粉物相結構，SU1510掃描電鏡掃描納米Ni粉形貌。同軸法在Av3672B-S矢量網絡分析儀中測試樣品的電磁參數。

2 結果與分析

2.1 物相分析

圖1 不同還原劑濃度制備納米鎳粉的XRD圖譜

圖2 不同溫度制備納米鎳粉的XRD圖譜

圖1是還原劑濃度不同情況下制得的納米Ni粉。當濃度為0.4 mol/L，0.6 mol/L時，將制得產物的XRD衍射圖與標準PDF卡片對比，制備鎳粉為純相面心立方結構(JCPDS NO.04-0850)。當還原劑濃度增加，納米Ni粉開始結晶度變好。當還原劑濃度為0.3 mol/L時，制出的鎳粉含有六方晶體結構Ni(OH)2雜質。圖2分別是不同反應溫度制備所得鎳粉均為純相，在一定范圍內，隨著溫度增高，結晶度變好，顆粒尺寸增大。

2.2 微觀形貌與粒度分析

圖3為還原劑濃度為0.6 mol/L時，溫度分別為90、120、180℃時制得的納米Ni粉的SEM圖。制得的鎳粉為球形顆粒。當溫度升高，鎳粉顆粒尺寸增長。鎳粉出現團聚現象的原因可能是：一是水熱還原法制備納米Ni表面活性較大，Ni顆粒中存有庫侖力與范德華力的作用；二是納米Ni粉末的磁性能優異，可能導致團聚[11]。

圖3 不同還原劑濃度制備納米鎳粉的SEM圖

2.3 電磁參數與吸波性能分析

圖4為溫度120℃，還原劑濃度0.6 mol/L制得的鎳粉的電磁參數與頻率的關系曲線。隨著頻率的慢慢變大，介電虛部開始上升，介電實部開始下降，在14.6 GHz有一個共振峰。可能是納米鎳粉在電磁場中，電偶極子發生介電弛豫現象。圖5為納米Ni粉的磁導率與電磁波頻率的關系曲線，隨著頻率增大，磁導率的實部和虛部整體趨勢呈下降趨勢。原因可能是隨著頻率的升高，樣品疇壁發生了運動和旋轉。

圖4 介電常數與電磁波頻率的關系曲線

圖5 磁導率與電磁波頻率的關系曲線

根據所得電磁參數，通過上述公式計算畫出反射率與頻率關系曲線。因為小于-10 dB時有90%的電磁波被吸收[12]。由圖6可知Ni粉在厚度為1 mm時吸波性能較差。增加厚度后鎳粉的最強反射峰開始向下運動，并且在厚度為1.8 mm時吸波性能最好。此時在12.2 GHz處的最強反射損耗值為-36.7 dB，有效吸收頻率范圍9.8～13.6 GHz。

圖6 納米鎳粉反射率和頻率關系曲線

3 結論

(1)通過水熱還原法制得納米鎳粉，分別對不同溫度、不同還原劑濃度制得的樣品進行表征，對照后得到制取納米鎳粉的合適溫度為120℃、還原劑濃度為0.6 mol/L，納米鎳粉均為純相面心立方結構。

(2)當涂層厚度大于1 mm時，反射吸收峰開始漸漸變小，吸波性能變好。涂層厚度大于1.9 mm后，吸波性能減弱。在厚度為1.8 mm時，此時的12.2 GHz處，最強吸收峰為-36.7 dB，頻率在9.8～13.6 GHz時是有效吸收頻率范圍。