《溶胶凝胶法制备纳米LiFe5xRexO8x0005及其吸波性能的研究》由会员分享，可在线阅读，更多相关《溶胶凝胶法制备纳米LiFe5xRexO8x0005及其吸波性能的研究（37页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、内蒙古大学硕士毕业论文 溶 胶 一 凝 胶法 制 备 纳 米L i F e 5 .,R e ,O B ( x = 0 - - x . 0 5 )及其吸波性能的研究摘 要采用溶胶 一凝胶工艺制备出 纳米铿铁氧体， 并在高能球磨的作用下制备了 粒度在微米级的铿铁氧体， 在7 . 5 - 1 1 .9 G H z 内 对它们的吸波特性进行了比 较。 结果表明:铿铁氧体的粒度在微米量级时，吸波性能较差;当它的粒度细化到纳米量级时，吸波性能有明显的提高。这说明纳米铿铁氧体在 X波段是一种性能较高的吸波材料。采 用 溶 胶 一凝 胶工艺 制备了L i F e 5 . R e ., O 8 ( R e =
2、L a ,C e , D y , x = 0 .0 1 , 0 .0 2 , 0 .0 3 ,0 .0 4 , 0 .0 5 ) ， 通过X射线衍射分析了L i F e 5 _, R e ,O 、 的晶 体结构，并采用电 镜显 微分析了 L i F e 5 . ,R e . O B 的晶形晶貌及粒径， 同时对 L i F e s ., R e ,O : 的磁性能进行了 研究。 在7 . 51 1 . 9 G H z 频段内利用功率比法测量了 纳米粉体L i F e , _ , R e x 仇的吸波性能，并 研究了 稀土掺杂量和稀土元素种类对吸波性能的影响。结果表明:掺杂少量的 稀十 元素会明显
3、改善L iF e 5 仇的吸波性能， 且吸波性能随掺杂量和掺杂 元素的改变而变化; 与L i F e 5 0 。 比 较， 当x 为0 .0 3 时， L i F e 5 .,R e , O : 的吸收值变大，吸收频段增宽， 吸波性能明 显得到改善; 但当x = 0 .0 5 与x = 0 .0 1 时， L i F e 5 ., R e , O g的吸波性能 都低于二0 .0 3的L i F e 5 .,R e , 0 8 的 吸波性能; 在铿铁氧体中 掺入少量的C e 所制 得的 吸波 材料的 吸波性能 高 于掺杂同 摩尔 数的L a 和巧所制得的 吸波材料的吸波性能。关 键 词: 稀土元
4、素，溶胶一凝胶工艺，铿铁氧体，吸波材料内蒙古人学硕 卜 毕业论文第一章引言1 . 1吸 波材料的 研究 现状与 前景 1- 16 1所谓吸波材料，指能吸收投射到它表面的电 磁波能量的一类材料。在应用上，除要求吸波材料在较宽频带内对电磁波具有高的吸收率外， 还要求它具有质量轻、耐高温、耐潮湿、抗腐蚀等性能。早在第二次世界大战期间，美、英、德等国出于各自 的军事目 的， 针对雷达电 子侦察和反侦察，开始对电 磁波吸收材料进行了大量探索性工作。美国于2 0 世纪 吸收剂可以 有效的衰减电磁披， 达到吸波效果。实践应用的微波吸收材料。 无论结构I V Y是涂敷型，都是一种或几种吸收剂和其它组分的杂乱无
5、序混合媒质。制备时不能 采川电r 率人的 块状材料， 只能 将电异率高的粉木用绝缘材料包困， 以降低整块材料的电V 率。t 3 )按材料损耗机理，吸波材料可分为电阻型、电介质型和磁介质型只 大类。 S i c 、石内蒙古大学I Q I : 毕业论文墨等属于 电 阻型，电 磁能主要衰减在材料电阻上: 钦酸钡之类属于电介质型， 其机理为介 质极化弛像损耗; 铁氧体、 经基铁之类为磁介质型，损耗机理主要归结为铁磁共振吸收。( 村 按吸收原理，吸波材料可分为吸收型和干涉型。 吸收型主要是材料本身对雷 达波损耗吸收， 干涉型是利用薄层表面反射波和底层反射波的振幅相等相位相反进行干涉抵消，它的缺点是吸收频
6、带很窄。吸波材料的吸波性能主要取决于吸收剂吸收和衰减雷达波的能力，它应满足两点基本要求:无反射 ( 即完全吸收) 和尽可能宽的吸收频段。目 前，国内 外研究的吸收剂主要有铁氧体吸 收剂、 拨基铁吸收剂、 陶瓷 类 吸收剂、 碳纤 维吸收 剂、 手 征吸收剂、fl it.类吸收剂 等。 研究证实。在这些吸收剂中，铁氧体吸波材料性能最佳，因为它既是电介质.又是磁介质，是一种双复型吸收材料，具有吸收频段高、吸收率高、匹配厚度薄等特点。铁 氧体是一种新型的非金属磁性材料， 是由 铁和其它一种或多种金属组成的复合氧化物。山于 亚铁磁材料的共振吸收和磁导率的频散效应，因而铁氧体材料具有吸收强、 频带宽 的
7、优点， 将这种材料应用于电 子设备中可吸收泄露的电 磁辐射，能达到消除电磁干 扰的目 的， 且被广泛地应用于各种隐身技术领域。日 本N F C 公司研究的 铁氧体吸波材料由厚度为3 . 8 m m 和O . 9 m m 的两层构成， 单位面积质量8 k g / m , 衰减- 2 4 2 B 的带宽为8 . 5 1 2 . 2 0z , 衰减一 I 毕业论文等特性，与其它元素形成稀土配合物时，配位数可在 2. 1 3 之间变化，并且稀土化合物的晶体结构也是多 样化的。稀土元素独特的物理化学性质，决定了 它们具有极为广泛的用途。 在新材料领域， 稀土元素丰富的光学、电 学及磁学特性得到了 广泛应
8、用。 在高技术领域， 稀土新材料发 挥着重要的作用。 稀土新材料主要包括稀土永磁材料、稀土发光材料、 稀上贮氢材料、 稀土催化剂材料、 稀土陶瓷材料及其它稀士新材料如稀上超磁致伸缩材料、 巨磁阻材料、磁致冷材料、光致冷材料、磁光存储材料等。稀土新材料在能源、 环境、信息等诸多领域发挥着不可替 代的作用。但总的来讲， 我国在稀土新材料的开发应用方面与日 、美等发达Im 家相比 还有相当大的差距， 许多 材料的 研究与开发处于跟踪模仿状态。在应用方面，在将科研成果转化为生产力方面，我们的速度目前还赶不_ 丈 二 日本。稀土元素作为吸收剂是新提出来的研究方向， 进行的研究工作很少，一般多 把稀士元素
9、作为添加剂加入其它吸收剂中，用以调节吸收剂的电 磁参数，从而影响电磁波吸收材料的吸收机制，如复磁导率和自 然共振频率等， 达到改善吸收剂吸波性能的目 的。1 . 3 制备纳米粉末的实验方法( la . 2 1)合成粒径小于1 0 O n m 的超微粉末的有效方法有物理法和化学法。物理法:1 .真空冷凝法用真空蒸发、 加热、 高频感应等方法使原料气化或形成等粒子体，然后骤冷。其特点是纯度高、结晶组织好、粒度可控，但技术设备要求高。2物理粉碎法通过机械粉碎、 电 火花爆炸等方法得到纳米粒子。 其特点是操作简单、 成本低， 但产品纯度低，颗粒分布不均匀。3 .机械球磨法采用球磨方法， 控制适当的条件
10、得到纯元素、 合金或复合材料的 纳米粒子。 其特点是操作简单、成本低， 但产品纯 度低， 颗粒分布不均匀。化学法1气相沉积法利用金属化合物蒸气的化学反应合成纳米材料， 其特点是产品纯度高，粒度分布窄。2 .沉淀法 把沉淀剂加入到A溶液中反应后， 将沉淀热处理得到纳米材料。 其 特点是简单易行，但纯度低，颗粒半径大，适合制备氧化物。3 .水热合成法 高 温高 压下在水溶液或蒸汽等流休f i 合成， 再 经分离和热处理得纳米粒子。其特点是纯度高、分散性好、 粒度易控制。A溶胶一凝胶法 金属化合物经溶液、 溶胶、 凝胶而固化，再经低m热处理而生内e 5 C 古大学硕i 毕 业论文成纳米粒子。 其特点
11、是反应物种多， 产物颗粒均一， 过程易控制， 适于氧化物和1 1 - I V 族化合物的制备。微 乳 液 法9 种 互 不 相 溶 的 。 剂 在 表 面 活 性 剂 的 作 用 下 形 成 孚 。 液 ， 在 滋 6 中 经成核、 聚结、 团聚、 热处理后得到纳米粒子。 其特点是粒子的单分散和界面性好.1 1 - 1 V 族半导体纳米粒子多 用此法制备。1 . 4 本文的研究成果目前 关于 掺杂稀土元素改善铁氧体吸波材料吸波性能的报道较少， 本文对此进行了 研究，并得到一些有益的结论。本实验室曾采用机械合金化的方法球磨1 5 0 小时，6 0 0 C 烧结制备出了纳米级锉铁氧体，粒度在3 5
12、 n m 左右， 它在7 . 5 - 1 2 G H z 频段内的最高吸收峰在I I G H z 处， 峰值为1 9 . 0 3 d B .当 掺杂了 稀土元素N d 和D y 后， 在测试频 段内 纳米 铿铁氧体 的吸收值普 遍得到一 定程度的 提高:L i F e 4 .9 9 4 N d o .o o 6 Q s 吸收 峰出 现在 1 0 . 8 G H z 处， 峰值为2 6 . 0 3 d B ; L i F e 4 .9 9 4 D y o .o n 6 4 s 的 吸 收峰 在1 0 . 9 3 G H z ,峰值为2 7 . 9 5 d B 。以_ F 测试样品的厚度均为1 .
13、 5 m m a为了降低成本，得到粒度更为均匀的纳米粒子，进一步提高材料的吸收值，本论文，主要采用柠檬酸溶胶一 .凝胶法制备纳米铿铁氧体粉末。实 验中， 通过对柠檬酸的用量、溶液p H 值、 烧结温度等工艺参数的控制， 确定了 适合制 备 铿 铁 氧 体 的 最 佳 合 成 路 线 ， 制 备 出 粒 度 在5 0 n m 左 右 的 的 铿 铁 氧 体 粉 体 材 料 。 并 且 界 用 传 统 的 粉木冶金的方法制备了 粒度在微米级的铿铁氧体。 利用功率比 法测量纳米稀上铿铁氧体和微米 铿铁 氧体的 吸波特性， 结果表明: 微米级理 铁氧体几乎没有 吸波性， 在7 . 5 - 1 1 .9
14、 G H z 频段内， 其吸收值均在I O d B 以 下;而纳米铿铁氧体吸波性能较好， 在厚度为I m m时， 其吸收峰出 现在1 1 . 6 G H z 处，吸收值达到3 0 .4 6 d B ，且2 0 d B带宽4 . 1 G H z 。与用机械合金化的方法制备的纳米铿铁氧体相比， 吸收值明显提高， 吸收频段展宽。再 用同 样的S o l - G e l 工艺制备掺杂 微量 稀土 元素L a , C e , 勿 的 铿铁氧体， 通过 对掺 杂元素 种类和掺杂元素数量的变化， 得到吸波性能 优良 的纳米铿铁氧体。实验结果表明: 纳米稀土铿铁氧体比纯铿铁氧体的吸收值进一步提高， 吸收频段进
15、一步展宽。 当 掺杂元素为C e ,掺杂比例为0 .0 3 ， 样品厚度为I m m时， 纳米稀土铿铁氧体的吸波性能是最好的， 在1 1 . 9 G H z时吸收值达到4 6 .2 d B , 2 8 d B带宽4 . 3 G H z o但是，研究发现溶胶一凝胶法制备的纳米稀土铿铁氧体有一个致命的缺点，即化学稳定性较差，在一 个月的时间里吸收峰值降低 l O d B左右。 所以目 前 最主 要的问 题是 解决 纳米稀土 钾铁K 体的化学稳定性问题。可 是考虑到溶胶一凝胶法所具有的生产成本低廉，生产过程内谈占人学硕 1 : 毕业论义易于控制和掌握，生产设备简单， 最易实现扩大化生产， 及所制备纳
16、米稀士钾铁氧体吸波性能 优异等特点， 表明， 纳米稀I 几 铿铁氧体是一种极具潜力的吸波材料。第二章理论基础2 . 1吸波材料对电 磁波的损耗机制2 4 1吸波材料的损耗机理是使入射电 磁波能量在分子水平上产生振荡，转化为热能，有效地衰 减 雷 达 回 波 强 度。 电 磁 波 与 凝 聚 态 物 质的 作 用 可 以 用 复 介电 常 数 E 恤) 、 复 磁 导 率P ( Q ) 和 复电导率。 ( 。 ) 来描述，复电导率的实部C ,恤 ) 和复介电常数的虚部 ( 。 ) 的关系为6 位) = 二( - ) 在 高 频 区( 红 外 波 段) 有 多 种 响 应 机 制 ， 主 要 来自 离 子 、 分子 以 及高 能 激励下的电 子运动， 而在较低频区( 微波和射频波段) ， 可观察到偶极子和空间电 荷的弛豫 特性，在低频区主要相应于在电场作用下能够运动的“ 自由电荷”( 在电 场作用下移动引起的弥散电 流) ， 而在高 频区则主要是受 “ 束缚电 荷”( 偶极子) 的 控制， 这些束缚电荷受电 磁波振荡 特性的影响形成
