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磁性薄膜微波吸收机理研究

磁性薄膜微波吸收机理研究

作者：周侃南京大学

学位级别：硕士

随着经济的发展与现代科学技术的不断进步,人们的生活水平在不断地提高,电子产品对人们日常生活的影响越来越大。今天,手机、电脑、无线网络等GHz频段现代信息与通讯技术的蓬勃发展,给人们的生活带来了极大的方便和乐趣。但不可避免的是... 详细信息

随着经济的发展与现代科学技术的不断进步,人们的生活水平在不断地提高,电子产品对人们日常生活的影响越来越大。今天,手机、电脑、无线网络等GHz频段现代信息与通讯技术的蓬勃发展,给人们的生活带来了极大的方便和乐趣。但不可避免的是,由于电子产品带来的高频电磁波辐射无处不在,且辐射强度越来越大,很有可能对人类健康造成严重的影响,且各种电子产品之间的干扰也越来越严重。电磁污染己经成为当今人类生存的第四大公害。此外,在军事领域,为提高武器的生存和作战能力,尤其是对飞行器来说,减小雷达散射截面（RCS）非常重要。尽管飞行器的外形设计可在一定程度上降低目标的RCS,但却是以牺牲飞行器的机动性能为代价,而且飞行器的某些部位并不能完全依赖于外形结构优化来减少RCS。因此研制出“重量轻、频带宽、吸收强、厚度薄”的微波吸收材料的重要性和迫切性不言而喻。就当前来说,铁磁性薄膜因为其自身具备GHz频段优异的动态性能己经成为研究热点,它们具有高磁导率、高饱和磁化强度、可调控的各向异性以及其他新颖的物理特性,在微波器件和微波吸收方面具有很广泛的应用前景。对于铁磁薄膜的研究,最重要且也是最本质的工作就是要对材料在微波频段的能量损耗机制有较深入的认识。基于上述背景,本文从铁磁薄膜的微观结构出发,以铁磁共振与磁谱测量为主要实验手段,系统性地研究了铁氧体铁氧体静磁和微波物性以及[铁磁层/非磁绝缘层]多层膜的微波吸收机制。我们的工作主要有：（1）制备了铁氧体粉末BaZnxCo2-xFe15.5O27,采用等离子喷涂技术制备出了铁氧体薄膜,最后使用VSM和矢量网络分析仪对制备的铁氧体静磁和微波物性进行测试。测量结果表明,铁氧体薄膜具备了显著的铁磁特性,具有较低的矫顽力,是一种软磁薄膜。其2GHz的磁导率和磁损耗也显著大于粉体材料的微波磁参量,说明二维各向异性的铁氧体在其微波磁性上可以获得显著提升,值得进一步优化工艺并深入研究。（2）用磁控溅射的方法制备了多个系列（不同铁磁层厚度,不同非磁层厚度,不同周期层数）的FeCoB/SiO2多层膜,我们研究了这些样品的静磁性能、微波磁导率与铁磁层厚度、非铁磁层厚度、周期层数之间的变化关系,并从微观结构的角度对样品的上述性质和变化规律进行了非常合理的解释。结果表明,样品具有清晰的多层结构、良好的频散特性,且在相当宽的频段内都有较高的损耗。但相对于单层纯金属膜而言磁导率和磁损耗均有降低,且电阻率最大为20mΩ·cm,但仍表现出较强的金属性,单纯依靠多层膜的方式获得薄膜型微波吸收材料仍有较大困难。（3）由于金属膜具有连续导电能力,在微波频段对入射电磁波产生高反射,所以连续金属薄膜无法作为微波吸收材料。为了改善这一点,我们猜想如果对金属薄膜进行表面处理,使其从连续金属膜变成不连续金属膜,则有望形成一种金属和空气的有效媒质,此时其有效介电常数类似于金属-绝缘介质复合物的介电常数,有可能被降低到可以接受的范围内。基于修正过的Bruggeman理论中引入了金属单元尺寸,我们通过计算获得薄膜单元尺寸大小对最终有效介电常数的影响。计算得到的不连续金属膜介电常数得到了有效控制,在L波段的吸收强度达到了一个高值,是一种非常有前途的微波吸收材料,值得进一步深入研究。

关键词：铁氧体铁磁薄膜多层膜微波吸收机理有效媒质近似介电调控

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碳纳米管氢等离子体的微波吸收机理研究

碳纳米管氢等离子体的微波吸收机理研究

作者：郭燕春南华大学

学位级别：硕士

碳纳米管是理想的准一维纳米材料，有独特的结构、奇异的物理特性及化学性能，具有非常独特的电磁特性。碳纳米管氢等离子体材料对微波的吸收和衰减是当今纳米材料科学领域的研究热点之一，在军事隐身和民用微波防辐方面显示出巨大的应... 详细信息

碳纳米管是理想的准一维纳米材料，有独特的结构、奇异的物理特性及化学性能，具有非常独特的电磁特性。碳纳米管氢等离子体材料对微波的吸收和衰减是当今纳米材料科学领域的研究热点之一，在军事隐身和民用微波防辐方面显示出巨大的应用前景。本文首先对碳纳米管的结构特征、基本性能、材料吸波机理进行了系统的论述。基于Wadhavan、 Imholt和Naab等人有关铁催化高压歧化生成的碳纳米管氢等离子对2.45GHz附近频段微波具有强烈吸收的实验发现，本文运用双流体理论和唯象模型，分别研究了只考虑电子碰撞损耗情况下和同时考虑氢离子碰撞吸收条件下的铁催化高压歧化生成的碳纳米管氢等离子体的微波损耗吸收，揭示了铁催化高压歧化生成的碳纳米管氢等离子体的微波吸收机理。运用Appleton–Hartee磁离子理论，根据W.K.B近似解法，深入研究了外加静磁场及其方向对碳纳米管氢等离子体微波损耗吸收的影响。理论导出了各种情况下碳纳米管氢等离子的复介电常数、微波损耗吸收系数公式，构建了碳纳米管氢等离子体材料的微波吸收模型。理论模拟结果和实验数据相吻合，很好地解释了Wadhavan、Anand与Naab等人观察到的实验现象，证明了铁催化高压歧化生成的碳纳米管氢等离子体中的带电粒子对微波产生的碰撞吸收是碳纳米管的主要微波吸收机理。研究结果显示：只要恰当控制碳纳米管氢等离子体中的电子有效碰撞频率、电子数密度、外加磁场强度以及电磁波传播方向与外加静磁场之间的夹角，就能够实现碳纳米管氢等离子体对特定频段微波的强吸收。本论文的研究目的是为碳纳米管氢等离子体应用于军事隐身及民用微波防辐提供理论指导。

关键词：碳纳米管氢等离子体复介电常数微波吸收机理

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碳基电磁波吸收材料及其机理研究进展

新型炭材料 2021年第6期36卷 1016-1033页

作者：杨旺蒋波车赛闫璐李正轩李永峰中国石油大学(北京)重质油国家重点实验室北京102249

随着电子信息技术的发展,微波在军事和民用领域的应用越来越广泛。相应的电磁辐射污染成为全球关注的问题。为了合成厚度薄、密度低、吸收频带宽和吸收强度高的电磁波吸收材料,研究者们进行了大量的努力。碳基材料由于重量轻、衰减能力... 详细信息

随着电子信息技术的发展,微波在军事和民用领域的应用越来越广泛。相应的电磁辐射污染成为全球关注的问题。为了合成厚度薄、密度低、吸收频带宽和吸收强度高的电磁波吸收材料,研究者们进行了大量的努力。碳基材料由于重量轻、衰减能力强、比表面积大和优异的物理化学稳定性,在电磁波吸收方面表现出巨大的潜力。本文首先介绍了吸波材料的衰减理论和影响吸波性能的因素。接下来,总结了不同维度的纯炭材料(如0维炭球、一维炭纳米管、二维炭片和三维多孔炭)以及由碳和磁性物质、陶瓷、金属硫化物、Mxene以及导电聚合物等异质成分组成的复合材料的研究现状。详细介绍了吸波剂的代表性合成方法、吸波性能以及衰减机理。最后,提出了对于未来挑战和发展前景的看法。

关键词：微波吸收材料炭材料复合材料反射损耗微波吸收机理

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基于超材料的微波吸收复合材料研究进展

化工新型材料 2022年第3期50卷 236-239,245页

作者：樊益泽刘亚青苏晓岗赵贵哲中北大学纳米功能复合材料山西省重点实验室材料科学与工程学院太原030051

微波吸收材料作为一种功能性复合材料被广泛应用于现代军事和日常生活的各个领域,其中超材料的出现使微波吸收材料在“轻、宽、薄”三方面实现了重大突破。阐述了微波吸收超材料的发展历程,综述了近年来微波吸收超材料的研究进展,总结... 详细信息

微波吸收材料作为一种功能性复合材料被广泛应用于现代军事和日常生活的各个领域,其中超材料的出现使微波吸收材料在“轻、宽、薄”三方面实现了重大突破。阐述了微波吸收超材料的发展历程,综述了近年来微波吸收超材料的研究进展,总结了目前基于超材料的微波吸收复合材料具备的优势与面对的问题。通过归纳超材料的微波吸收机理,提出根据不同超材料的结构特点作出相应设计,以协同更多吸波机理的设计原则,可为实现全频段吸收提供新的思路。

关键词：超材料微波吸收机理结构特点发展方向

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铁磁性金属填充碳纳米管的微波吸收特性研究

铁磁性金属填充碳纳米管的微波吸收特性研究

作者：刘桂平南华大学

学位级别：硕士

碳纳米管的改性是近年发展起来的一个新兴研究方向,改性碳纳米管材料将成为21世纪最有应用前景的新型功能材料。人们期望通过功能化碳纳米管,丰富碳纳米管衍生物的种类,开发并赋予新的电磁性能,拓展其微波吸收与屏蔽方面的应用。目前,... 详细信息

碳纳米管的改性是近年发展起来的一个新兴研究方向,改性碳纳米管材料将成为21世纪最有应用前景的新型功能材料。人们期望通过功能化碳纳米管,丰富碳纳米管衍生物的种类,开发并赋予新的电磁性能,拓展其微波吸收与屏蔽方面的应用。目前,人们对改性碳纳米管材料的电磁性能特别是微波吸收特性的实验研究已取得了较大的进展。通过在管腔内填充铁磁性金属,可以改善碳纳米管材料的电磁性能。本论文重点研究了铁磁性金属填充碳纳米管的微波吸收特性和磁共振吸波机理。对铁、镍纳米粒子填充碳纳米管的微波吸收特性进行了系统的分析,深入研究了铁、镍纳米粒子填充碳纳米管的微波吸收机理,提出了改进型的磁畴交换共振模型,并用此模型对铁、镍纳米粒子填充碳纳米管的微波吸收特性进行数值模拟,计算了其交换共振频率,模拟结果分别与Lin et al.、Zhang et al的实验结果相吻合,理论上证明了铁、镍纳米粒子填充碳纳米管对微波的强烈吸收主要是样品中铁、镍纳米粒子在微波作用下产生了磁畴交换共振的结果。研究结果表明：填充的铁、镍粒子半径和碳纳米管半径的大小直接影响共振频率的变化,随着填充粒子和碳管半径的增大,其共振频率逐渐向低频方向移动。从钴纳米粒子填充碳纳米管微波吸收特性的实验结果出发,初步探讨了钴纳米粒子填充碳纳米管的微波吸收机理,并得出结论：（1）钻纳米粒子填充到碳纳米管中能改善材料的磁特性和增强材料的微波吸波性能;（2）钴纳米粒子填充碳纳米管对微波的强烈吸收主要是样品中钴纳米粒子在微波作用下产生了磁畴自然共振的结果;（3）通过改变样品厚度和碳纳米管中钴纳米粒子的含量,可以实现对特定频率微波的强吸收。

关键词：碳纳米管铁磁性金属微波吸收机理交换共振自然共振

镍钴铁氧体/石墨烯气凝胶的制备及微波吸收性能研究

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镍钴铁氧体/石墨烯气凝胶的制备及微波吸收性能研究

作者：孟柯哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

电子信息技术和通信工程的飞速发展引发电子电气设备的大规模使用,产生的电磁波辐射污染已成为当今社会重大问题,其中微波产生的污染危害最大,因此迫切需要开发轻质、高强度、频带宽的高性能微波吸收材料。石墨烯气凝胶拥有优异的物理... 详细信息

电子信息技术和通信工程的飞速发展引发电子电气设备的大规模使用,产生的电磁波辐射污染已成为当今社会重大问题,其中微波产生的污染危害最大,因此迫切需要开发轻质、高强度、频带宽的高性能微波吸收材料。石墨烯气凝胶拥有优异的物理和化学性质、独特的三维多孔结构,因而成为吸波材料的研究热点。本文研究石墨烯气凝胶的微波吸收性能,探究水热条件对石墨烯气凝胶微波吸收性能的影响。针对石墨烯气凝胶磁损耗能力弱、阻抗匹配性差的缺陷,通过引入NiCoFeO铁氧体纳米粒子,平衡气凝胶的阻抗匹配,调控气凝胶的电磁参数,提升气凝胶的微波吸收性能。本文采用水热还原氧化石墨烯,冷冻干燥的方法制备石墨烯气凝胶,研究了反应工艺对石墨烯气凝胶微观形貌、电磁参数及微波吸收性能的影响。结果表明,石墨烯在气凝胶内部形成导电网络,气凝胶内部存在大量孔隙,在石墨烯片层上残留少量含氧官能团。在反应工艺为氧化石墨烯初始浓度3.0 mg/m L、水热时间12 h、水热温度180℃时,制备出的石墨烯气凝胶具有最佳的微波吸收性能,最小反射损耗值为-34.16d B。石墨烯气凝胶对微波有较强的衰减能力,其损耗机制是以电导损耗为主的介电损耗。为平衡石墨烯气凝胶的阻抗匹配,本文采用两步溶剂热—水热法合成Ni FeO纳米粒子及Ni FeO/石墨烯复合气凝胶,研究了水热反应工艺、纳米粒子添加量对复合气凝胶微波吸收性能的影响。研究结果表明,复合气凝胶保留了三维多孔结构,铁氧体纳米粒子均匀地分布在石墨烯片层上,并赋予复合气凝胶磁性。由水热反应时间12 h、水热反应温度160℃、纳米粒子添加量60 mg的工艺制备的Ni FeO/石墨烯复合气凝胶具有最佳的微波吸收性能,最小反射损耗值为-53.47 d B。在Ni FeO纳米粒子的基础上进行钴掺杂,研究了NiCoFeO/石墨烯复合气凝胶的微波吸收性能。结果表明,掺杂了不同量钴的铁氧体磁性能不同,所合成的NiCoFeO/石墨烯复合气凝胶微波吸收性能也不同。当铁氧体化学式中x=0.4时,复合气凝胶具有最佳的微波吸收性能,最小反射损耗为-63.00 d B,对应频率为12.72 GHz,匹配厚度为2.63 mm,在此厚度下的有效吸收带宽达到5.68 GHz。NiCoFeO纳米粒子的引入增强了复合气凝胶的磁损耗,进一步平衡了阻抗匹配,有效提升了气凝胶的微波吸收性能。

关键词：石墨烯气凝胶水热法微波吸收性能 Ni1-xCoxFe2O4纳米粒子微波吸收机理

NiFe_(2-x)M_(x)O_(4)(M=Ce,Sm,Gd)的制备及其膜的微波吸收性能

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沈阳师范大学学报（自然科学版） 2023年第2期41卷 97-103页

作者：刘颖丁一陈庆阳刘跃沈阳师范大学化学化工学院沈阳110034

用水热法和煅烧技术制备了NiFe_(2-x)M_(x)O_(4)(M=Ce,Sm,Gd,x=0,0.02,0.04,0.06,0.08,0.10)系列尖晶石型铁氧体。用X射线衍射(X-ray diffraction,XRD)、傅里叶变换红外光谱(Fourier transform infrared spectroscopy,FT-IR)、扫描电子显微镜(scanning electron microscopy,SEM)和矢量网络分析仪(vector network analyzer,VNA)等表征和测试了铁氧体粉末的结构、形貌及电磁性能。结果表明,膜与材料的微波吸收机理不同,膜的微波吸收理论基础是电磁波理论而不是阻抗匹配理论;膜可以使材料超量吸收微波,该性质可望拓展微波吸收膜的其他应用。

关键词：铁氧体掺杂稀土离子微波吸收机理

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