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西安交通大学学报 2007年第2期41卷 232-235页

作者：孙伟徐晓斌徐传骧西安交通大学电力设备电气绝缘国家重点实验室西安710049 江苏大学电气信息工程学院镇江212013

采用去离子水为实验样品,在-30℃低温环境中冷冻,冷冻过程中施加不同强度的静电场干扰,研究静电场对去离子水冰核形成及冰晶生长过程的影响.研究发现,在冷冻过程初期静电场的引入可以诱发冰核形成,导致过冷点升高,但在随后液相到固相的... 详细信息

采用去离子水为实验样品,在-30℃低温环境中冷冻,冷冻过程中施加不同强度的静电场干扰,研究静电场对去离子水冰核形成及冰晶生长过程的影响.研究发现,在冷冻过程初期静电场的引入可以诱发冰核形成,导致过冷点升高,但在随后液相到固相的相变过程中,静电场对冰晶生长具有抑制作用.分析认为,在静电场作用下电偶极矩沿电场方向分布的H2O具有最稳定的状态,能量的分布函数具有最大值,这些结果是诱发冰核形成、抑制冰晶生长的原因.

关键词：静电场偶极极化冰核形成冰晶生长

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羧基对聚硫脲介电储能特性的影响研究

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当代化工研究 2024年第15期 43-45页

作者：冯阳张硕渠广昊西安交通大学陕西710049

引入极性羧基被认为是提高聚合物介电性能的有效方法,但羧基对聚硫脲(Polythiourea,PTU)介电储能特性的影响尚不清楚。本文采用实验和理论相结合的方法,深入开展了羧基、偶极极化和电荷输运特性与PTU电学性能之间的关联研究,揭示了羧基... 详细信息

引入极性羧基被认为是提高聚合物介电性能的有效方法,但羧基对聚硫脲(Polythiourea,PTU)介电储能特性的影响尚不清楚。本文采用实验和理论相结合的方法,深入开展了羧基、偶极极化和电荷输运特性与PTU电学性能之间的关联研究,揭示了羧基对PTU介电常数和击穿场强的影响机理,最终建立了储能密度与羧基侧链结构的关联机制。结果表明,分子链引入极性羧基作为侧链结构,可以扩大分子链间距,促进羧基转向,进而增强偶极极化强度,增大介电常数;但羧基电离产生的本征氢离子会增大体系的电导和损耗,造成击穿场强降低;在PTU中引入少量羧基可以实现高介电常数、高击穿场强和高储能密度。

关键词：聚硫脲羧基偶极极化电导介电性能储能密度

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基于极化损耗机制的高性能吸波复合材料结构设计与性能研究

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作者：刘越青岛大学

学位级别：硕士

随着无线通信的飞速发展,尤其是5G技术及未来6G和THz技术的普及,电磁波在全球移动通信和定位系统发挥重要作用。然而,电磁波的发展在给我们提供便利的同时,也严重增加了电磁干扰和污染问题。电磁波吸收材料(以下简称吸波材料)能够通过... 详细信息

随着无线通信的飞速发展,尤其是5G技术及未来6G和THz技术的普及,电磁波在全球移动通信和定位系统发挥重要作用。然而,电磁波的发展在给我们提供便利的同时,也严重增加了电磁干扰和污染问题。电磁波吸收材料(以下简称吸波材料)能够通过消散电磁波来解决电磁污染难题,因而受到广泛关注。此外,吸波材料能够在防止电磁污染的同时实现雷达隐身,对于保障国防安全以及军事工程的隐秘性表现出举足轻重的角色。一般来说,根据损耗机制吸波材料可以分为介电损耗和磁损耗型吸波材料。而磁性材料的高密度和Snoek极限等缺点阻碍了其应用。因此,介电损耗型材料具有更加广阔的应用前景而更值得深入研究。现如今,大多数的研究致力于制备复合材料,通过协同作用提升吸波性能,无法确定材料中的定量关系和优选损耗机制(例如界面极化、偶极极化和电导损耗)。因此,有必要阐明引起优异性能的主要损耗机制以更合理地对吸波材料进行设计。在此,本文以锰基材料为研究对象,通过构筑异质界面和引入缺陷优化其界面极化和偶极极化,提升其对电磁波的衰减能力。主要研究内容与结论如下:(1)对复合材料的界面设计:以锰氧化物为研究对象,通过构筑异质界面改善界面极化,以此来提升吸波性能。具体来说:i)锰基纳米粒子(MnO)表面自由能高,易团聚,因而表现出较差的极化能力。通过水热以及后续碳化过程引入多孔碳制备MnO@C复合材料。MnO-C异质界面的构筑实现了同质界面向异质界面的转变。在交变电磁场的作用下,异质界面处的正负电荷被迫重新排列,形成局部偶极电场。极化过程可以消耗电磁能量,通过异质结接触从弛豫达到平衡状态。结果显示,与纯MnO材料相比,复合材料表现出更加优异的吸波性能。其中,Mn O@C在厚度为2.6 mm时的反射损耗达到-76.0 d B;ii)MnO多壳球由于弱导电性而表现出较差的吸波性能。首先,通过煅烧及水热引入碳层和Mo S,制备Mo S@C@Mn S核壳结构复合材料。在类金属C与半导体Mn S和Mo S界面之间形成肖特基势垒,势垒的存在导致较大的界面电阻,有利于该区域的电荷积累,大量电荷形成空间电荷区从而提升界面极化。相比于MnO,拥有肖特基异质结的复合材料表现出优异的吸波性能,有效吸收带宽在2.3 mm处达到3.84 GHz。(2)对复合材料的偶极设计:阴阳离子空位广泛存在于晶体中,这些晶体缺陷能够在交变电场下诱导过量电子,形成电偶极子,提升极化损耗。然而,明确具体是哪种空位起主要作用能够为专门设计并提升晶体的吸波性能提供指导意义。在此,以单金属Mn基金属有机骨架作为研究对象,通过离子掺杂与改变退火温度改变阴离子(氧离子)、阳离子(锰离子)空位浓度。在离子掺杂过程中,氧空位与性能表现出正相关,而锰空位呈现负相关,由此确定阳离子(锰空位)不是主要贡献者。在改变退火温度时,在功函数对温度不敏感的情况下,性能却变化较大,说明界面极化对于性能影响较小。由此得到,阴离子空位作用大于阳离子空位,即氧空位诱导的偶极极化是引起优异吸波性能的主要机制。结果显示,氧空位最多的样品在2.1mm时有效吸收带宽达到8.0 GHz。(3)对复合材料的界面/偶极设计:基于上述研究,通过构筑多级损耗机制共同相互作用损耗电磁波达到提升吸波性能的目的。在此,通过水热及油浴制备了以Mn O纳米线作为叶脉,层状双氢氧化物(LDHs)纳米片作为叶片的Mn O@LDHs仿生叶结构复合材料。仿生叶结构增大了与空气的接触面积,优化了阻抗匹配。因此在Mn O-LDHs界面处引起的界面极化与氧空位和氮元素引起的偶极极化的协同作用下,复合材料表现出优异的吸波性能,在薄厚度下,有效吸收带宽几乎能够覆盖整个X-和Ku-波段。

关键词：介电损耗界面极化异质界面偶极极化缺陷

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三维碳基复合材料的制备及其吸波性能研究

三维碳基复合材料的制备及其吸波性能研究

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作者：张洪霞青岛大学

学位级别：硕士

如今,电磁波已广泛用于通信、军事、航空航天、电器等领域。然而,随之而来的电磁波污染和辐射问题日益严重,已成为继水、空气和噪声之后的新污染源。因此,开发高效的电磁波吸收材料至关重要。碳基纳米材料由于其低密度、高热稳定性、抗... 详细信息

如今,电磁波已广泛用于通信、军事、航空航天、电器等领域。然而,随之而来的电磁波污染和辐射问题日益严重,已成为继水、空气和噪声之后的新污染源。因此,开发高效的电磁波吸收材料至关重要。碳基纳米材料由于其低密度、高热稳定性、抗氧化性和可调的介电常数等优点在吸波领域备受关注。基于结构决定性能的理论,本论文以三维介孔中空碳球(PCHMs)为研究对象,对其进行硫元素掺杂以及原位生长磁性纳米颗粒,通过加强的界面极化、偶极极化以及介电与磁性能的协同作用来促进电磁波的吸收。本论文主要研究内容与结果如下:(1)通过将硬模板方法与热解蚀刻工艺相结合获得了带有介孔外壳和中空内腔的三维碳球,研究了煅烧温度对PCHMs结构(介孔、外壳、缺陷等)的影响规律,分析了源于不同煅烧温度的介电响应的差异性。结果显示,随着温度升高,PCHMs的粒径逐渐增加,同时内腔和介孔外壳的尺寸也随之变大。不同的温度对于介孔外壳的形成并未产生明显影响,但较高温度可能会破坏介孔结构。可以发现,除了PCHMs-750,其他样品的介电性能随温度呈现出有规律的变化,这种明显的差异可以归因于极化驰豫对材料的强烈干预。另外,由于电磁耦合效应,PCHMs的复磁导率响应于介电转换。在加强的介电损耗的基础上,PCHMs-650在3.6 mm处的反射损耗最低值(RL)为-39.4 d B。最宽的有效吸收带宽(EAB)可扩展到5.28GHz。(2)采用简便的水热法利用硫源对PCHMs进行杂原子掺杂,研究不同含量的硫掺杂对样品的微观结构以及介电性能的影响。结果显示,硫元素的成功掺杂为材料提供了更多的缺陷和残留官能团,为介电性能的提升起到了积极作用。掺杂后材料的电导率的提升会改善复介电常数虚部从而加强介电损耗。而且,硫原子引入后的界面极化也是性能提升的一大关键因素。显而易见,适宜的掺杂量会通过固有的传导损耗和极化驰豫带来良好的介电性能。最后,S-doped PCHMs-10表现出最佳的电磁波吸收行为,在15.05 GHz时的RL值为-51.83 d B,而EAB达到6.08 GHz时的厚度仅为1.82 mm。(3)在PCHMs上原位生长磁性无机纳米颗粒是改善电磁波吸收能力的有效手段。研究了不同的磁性颗粒负载量的样品的结构以及磁性能,讨论了适宜负载量带来的良好的介电与磁性能的协同作用。结果显示,随着负载量的增多,样品中的介孔可能会有部分被掩盖,并且磁饱和强度会逐渐上升。另外,源于组分之间的结合作用,Co-CoFeO@PCHMs复合材料在优良的阻抗匹配的主导下显示出了-65.31 d B的RL以及8.48 GHz最大EAB。

关键词：三维介孔中空碳球硫掺杂钴铁氧界面极化偶极极化

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