吸电子基

吸电子基（共3篇）

吸电子基 篇1

摘要：将稻壳、液化剂和催化剂制备生物质液化多元醇,并以此生物质液化多元醇、辛酸亚锡、三乙烯二胺、有机硅匀泡剂、去离子水和多亚甲基多苯基异氰酸酯(PAPI)等为原料成功制备了生物质基聚氨酯泡沫(BPUF)。研究了PAPI用量对BPUF的密度、拉伸强度、吸油性能的影响。结果表明:随着PAPI用量的提高,BPUF的密度减小,拉伸强度提高,BPUF的吸油倍率增加,对于3种不同的油品:苯、甲苯和柴油,柴油最大吸油量最低,苯最大吸油量最高,达到18g/g。

关键词：稻壳,液化多元醇,生物质聚氨酯泡沫,吸油

随着世界工业的不断发展,油污排放日益增加,油品泄漏的途径和机会也越来越多,特别是海上航运造成的大规模泄漏油事故。

目前,海洋油污染已经严重威胁到近海的生态环境,治理近海去离子水环境的油污染刻不容缓。但是海洋油污治理还缺乏行之有效的方法,主要依靠减少污染机会,对污染源的含油废去离子水进行预处理,控制油污排海总量等。吸油材料正是在这种情况下引起广人们的高度重视[1,2,3,4,5,6,7]。

将稻壳、液化剂和催化剂制备生物质液化多元醇,然后以此生物质液化多元醇、辛酸亚锡、三乙烯二胺、有机硅匀泡剂、多亚甲基多苯基异氰酸酯(PAPI)和去离子水等为原料制备生物质基聚氨酯泡沫(BPUF),并研究PAPI用量对BPUF的密度、拉伸强度、吸油性能的影响。

1 实验部分

1.1 主要原料与试剂

聚乙二醇,数均相对分子量为400,分析纯,上海凌锋化学试剂有限公司;丙三醇(甘油),分析纯,国药集团化学试剂有限公司;浓硫酸,化学纯,南京化学试剂厂;多亚甲基多苯基异氰酸酯(PAPI),工业级,烟台万华聚氨酯有限公司;三乙烯二胺,化学纯,国药集团化学试剂有限公司;辛酸亚锡,化学纯,国药集团化学试剂有限公司;丙酮,分析纯,上海凌锋化学试剂有限公司;柴油,工业级,市售;甲苯,分析纯,上海凌锋化学试剂有限公司;苯,分析纯,上海凌锋化学试剂有限公司;有机硅稳泡剂,工业级,中国南京德美世创化工有限公司;稻壳,市售。

1.2 生物质液化多元醇的制备

将稻壳、液化剂(PEG400与丙三醇)和催化剂(浓硫酸)按液固比为5∶1加入带有机械搅拌、温度计和回流冷凝装置的三口烧瓶中,在油浴中加热到设定温度,反应至预定时间,即停止加热并将反应瓶放到冷去离子水浴中冷却到室温。用丙酮洗涤液化混合物,真空抽滤除去残渣。向滤液中加入氧化镁调节pH 值至中性,最终得到生物质液化多元醇。

1.3 BPUF的制备

在一定量的生物质液化多元醇中依次加入辛酸亚锡、三乙烯二胺、有机硅匀泡剂和去离子水,搅拌均匀后加入PAPI,搅拌至发白后迅速倒入模具中自由发泡,室温下熟化2h后即得到BPUF[8]。BPUF配方表见表1。

1.4 性能测试与表征

1.4.1 FT -IR分析

采用Nicolet NexusIR -670型傅立叶变换红外光谱仪测定残渣、稻壳及生物质液化多元醇的红外吸收光谱。

1.4.2 BPUF密度测定

将不同配方制成的BPUF,按GB/T 6343-1995标准对其进行密度的测定,研究分析结果。

1.4.3 拉伸强度的测定

采用微机控制电子万能试验机CMT-5254,拉伸速度为100mm/min。

1.4.4 吸油倍率的测定

制作BPUF实验样品,样品大小:20mm×20mm×10mm,称重每个样品的质量,并作记录,然后用镊子夹住样品,迅速将样品分别浸入到油品中,隔一定时间后取出BPUF,并在筛网中停留30s,放到已称重的培养皿中称重,用下式计算吸油倍率:

吸油倍率(W)(g/g)=(BPUF吸油后重 - BPUF净重)/BPUF净重。

2 结果与讨论

2.1 生物质液化多元醇红外分析

用FTIR 分析了生物质液化多元醇、液化残渣的化学结构,并与稻壳进行了比较,结果见图1。从图1可知,稻壳在2923cm-1和2850cm-1处有2个较强的吸收峰,这可能分别对应于稻壳中所含脂肪的亚甲基(-CH2)不对称伸缩振动和对称伸缩振动,而在残渣C的红外谱图中该峰消失,说明脂肪进入了生物质液化多元醇中。稻壳A的谱图中,在1510cm-1、1600cm-1处的峰对应木质素中苯环的骨架振动,对比A、C两个谱图可发现,木质素在残渣中的比例小于在稻壳中的比例,在C上1540cm-1处的蛋白质中的酰胺II带也比在A上的弱了很多,这可能是酰胺II带被苯环的骨架振动覆盖了。在A上1649cm-1处应是蛋白质中的酰胺I带的吸收峰。在1035cm-1、1110cm-1、1160cm-1的峰上,主要是稻壳中所含纤维素中醚键(-C-O-C-)的伸缩振动,对比C谱图,明显可知这3个峰变弱,表明仅有一小部分的纤维素还保留在残渣中。在A上1719cm-1处可能是在液化过程中糖醛酸与纤维素或半纤维素形成的酯羰基的振动峰。从它们红外谱图上,可看出稻壳和生物质液化多元醇中有很多相似的地方,不过残渣中仍残留一些纤维素、半纤维素及木质素[9]。

2.2 PAPI用量对BPUF性能的影响

2.2.1 PAPI用量对BPUF密度的影响

PAPI是一种含有不同官能度的多亚甲基多苯基多异氰酸酯的混合物,其中单体MDI占混合物总量的50%左右,其余均是3~6官能度的低聚异氰酸酯。在聚氨酯软泡的制备中,PAPI分别与生物质液化多元醇、去离子水进行反应。在凝胶反应和发泡反应的进行中,PAPI起到核心的作用。

从图2可知,随着PAPI用量的增加,BPUF的密度逐渐降低。当PAPI用量较少时,由于-NCO浓度有限,凝胶反应和发泡反应反应物浓度均较低,发泡反应速率较小,因而BPUF密度较大;随着PAPI用量的增大,体系中发泡反应的反应物浓度增大,发泡速率增大,使BPUF密度减小。

2.2.2 PAPI用量对BPUF拉伸强度的影响

PAPI作为BPUF制备中主要的原料,同时参与凝胶反应和发泡反应,对BPUF的拉伸强度影响很大,结果见图3。

从图3可知,随着PAPI用量的增加,BPUF的拉伸强度在逐渐提高。这是因为PAPI分子中具有较高的平均官能度,提高配方中PAPI的用量,可使BPUF中的交联度提高,从而达到较高的强度。

2.2.3 BPUF吸油性能的测定

BPUF在吸油过程中表现出来的表观吸油量是由BPUF的表面吸附量和填充空间吸油两部分组成。聚氨酯软泡具有良好的表面亲油性及内部多孔性,是一种较好的吸油材料。

如图4-图6可知,BPUF在甲苯、苯及柴油中的吸油倍率均随着配方中PAPI的用量的增加而增加。在实验开始后的10min内,BPUF的吸油倍率呈现快速上升,10min后,其吸油倍率基本没有什么变化,这说明在实验进行的10min时,BPUF吸油已经达到饱和状态。

从图4-图6可以得到不同油品最大吸油倍率,结果见表2。由表 2 可知,BPUF对不同油品的最大吸油量与油品种类有关,由于苯与甲苯和柴油相比,分子体积较小,故最大吸油量较高。柴油的分子体积较大,最大吸油量较低。

3 结论

利用PEG400,丙三醇为液化剂,浓硫酸为催化剂,实现稻壳的高效液化,并以此生物质液化多元醇、辛酸亚锡、三乙烯二胺、有机硅匀泡剂、去离子水和PAPI等为原料成功制备了生物质基BPUF(BPUF),并研究了PAPI用量对BPUF的密度、拉伸强度、吸油性能的影响,得出以下结论:

(1)通过对生物质液化多元醇、稻壳及残渣的红外谱图的分析发现,稻壳中的一些纤维素、半纤维素、木质素以及蛋白质进入了生物质液化多元醇中,但残渣中仍有一些纤维素、半纤维素存在。

(2)随着PAPI用量的提高,BPUF的密度减小,拉伸强度提高。

(3)随着PAPI用量的提高,BPUF的吸油倍率增加,对于3种不同的油品:苯、甲苯和柴油,柴油最大吸油量最低,苯最大吸油量最高。

参考文献

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吸电子基 篇2

镍基高温合金电子束钎焊润湿性及界面产物

采用两种钎料对镍基高温合金进行了真空电子束钎焊润湿性试验,探讨了真空电子束钎焊主要工艺参数对钎料铺展润湿性的影响.在确定优选钎料的基础上,进行了电子束钎焊搭接试验,研究了界面结构,确定了界面反应产物及其形态分布.

作 者：王刚 何景山 张秉刚 冯吉才 作者单位：哈尔滨工业大学现代焊接生产技术国家重点实验室刊 名：航空制造技术 ISTIC英文刊名：AERONAUTICAL MANUFACTURING TECHNOLOGY年，卷(期)：2007“”(z1)分类号：V2关键词：电子束 钎焊 润湿性 界面产物

吸电子基 篇3

根据目前吸波材料的发展状况, 一种类型的材料很难满足隐身技术所提出的“薄、宽、轻、强”的综合要求, 多种材料之间的优势互补复合成为吸波材料研究和发展的重点方向。微纳米核壳结构粒子具有特殊的电子结构和表面性质, 通过核原子和壳原子之间电子结构的交换, 使得新的粒子属性发生质变, 表现出独特的光、电等性质。铁氧体具有价格低廉、制备工艺简单、磁导率较大, 而介电常数相对较小, 匹配性能较好等特点。而且, 在微波频段, 由于趋肤深度的限制, 电磁波很难穿过一般的金属, 但却能穿过电阻极高的铁氧体。上述特性使得铁氧体在吸波材料中得到了广泛的应用[3,4,5,6]。但是, 传统铁氧体吸波剂共振频带很窄, 匹配厚度较大, 密度高, 限制了其在隐身领域中的进一步应用。针对传统铁氧体吸波剂存在的不足, 在微纳米尺度上对铁氧体基核壳结构复合吸波剂进行结构设计和化学裁剪成为了研究人员关注的热点。

铁氧体基核壳结构吸波材料由中心粒子和包覆层组成, 这一类复合微纳米粒子的性质并不是原有属性的简单叠加, 而是能够兼具两者的物化特性, 有效地改善两者的缺陷, 从而获得良好的吸波效果。近年来, 关于吸波材料的综述不在少数, 但是专门就铁氧体基核壳结构吸波剂的综述尚少有涉及。因此, 本文综述了这些新型吸波材料的最新研究进展, 并探讨了当前研究中存在的问题和进一步的研究方向, 以期为相关研究人员提供参考。

1 核壳结构复合材料的吸波原理

目前对于核壳结构吸波材料的吸波原理研究的内容较少, 仅有为数不多的文献从调整核、壳材料的相对含量从而控制电磁参数及复合材料的等效电磁参数出发对不同材料复合后的吸波效果进行了研究。王文娟等[7]分别探讨了由核壳粒子复合材料组成的单层和双层电磁波吸收层的吸波特征, 给出不同入射角下功率反射系数与电磁波波长以及吸收层厚度之间的关系, 确定其最佳电磁波吸收厚度。韩笑等[8]从经典的Maxwell-Garnett公式出发, 在考虑颗粒间相互作用的情况下, 推导具有核壳结构的四氧化三铁/导电聚苯胺球形填料复合体系的等效电磁参数的计算公式。从理论上证明, 磁导率的变化与占空比和频率相关;不同的核壳比对复合材料的反射率有着重要的影响。为了预测复合材料的等效磁导率, 曲兆明等[9]建立了填充核壳粒子复合材料等效磁导率的物理模型, 应用电磁场理论推导了核壳粒子以单一介质球代替的等效方法并推广得到椭球核壳粒子情况。刘祥萱等[10]在总结前人研究的基础上, 以含椭球形核壳颗粒复合材料为研究对象, 建立了等效介电常数的预测公式, 在此基础上分析核壳椭球颗粒的结构参数、形状、壳的介电常数, 以及核的体积含量对等效介电常数的影响。

尽管目前已有文献对复合材料的等效电磁参数给予了预测与分析, 但是界面效应对于电磁波吸收性能的影响以及相关的尺度特征等研究尚属缺乏。因此, 刘祥萱等[11,12]对其展开相关研究。采用等效方法, 将界面层和颗粒视为“复合颗粒”, 考虑到颗粒之间的接触, 对核壳颗粒复合材料的等效介电公式进行修正, 得到了考虑界面效应的等效介电常数计算公式, 建立的模型结构如图1所示, 图中ε为材料的复介电常数。利用该修正公式对复合材料的等效介电常数进行计算, 理论值与实验结果符合较好, 并进一步分析了界面效应对复合材料等效电磁参数和吸波性能的影响。高原文等[13]针对含夹杂颗粒的电磁吸波复合材料, 探讨了颗粒界面对电磁波吸波性能的影响。展示了颗粒界面效应与电磁波吸收的最佳频率和电磁波吸收层厚度的影响, 以及颗粒界面对电磁波功率反射率的尺度效应等。

2 不同类型的铁氧体基核壳结构吸波材料

2.1 金属微粉/铁氧体复合

金属微粉是指粒度在10μm甚至1μm以下的单质金属或金属合金微粒。目前, 用作吸波材料的金属微粉主要有Fe, Co, Ni及其复合金属粉等[14,15,16,17]。与铁氧体材料相比, 其磁性一般较铁氧体强, 饱和磁化强度是铁氧体的4倍以上, 可以获得较高的磁导率和磁损耗。但是, 由于趋肤效应的影响及微粒分散和氧化等问题, 限制了金属微粉在吸波材料中的应用。铁氧体由于电阻率较高, 可避免金属导体在高频下存在的趋肤效应, 在高频时仍能保持较高的磁导率, 另外其介电常数较小, 可与其他吸收剂混合使用来调整涂层的电磁参数。

目前的研究主要集中在两方面, 一方面采用化学镀、球磨法、共沉淀法等方法, 在铁氧体表面包覆金属微粉形成了具有核壳结构的复合粉体, 有效地拓宽了复合材料的吸波带宽, 增强了吸波性能[18,19,20,21,22,23,24]。刘祥萱等通过化学气象沉积法制备了壳层厚度在110~200nm之间的Sr0.8La0.2Fe11.8Co0.2O19@Fe复合粉体, 当羰基铁包覆量为30%时, 有最佳的吸波效果, 涂层厚度为2mm时, 最小反射率低于-30dB, 在10~14GHz均能实现吸波强度低于-10dB, 吸波效果明显优于其他金属微粉包覆铁氧体的复合微粒[25], 制备的复合材料见图2。制备的粒子包覆效果均匀, 吸波效果良好, 显示了化学气象沉积方法制备该类型核壳结构粒子的优势。Chen等[26]制备了多孔的Fe3O4/Fe/SiO2纳米棒, 这种材料是良好的电损耗与磁损耗的互补体, 可以作为性能良好的吸收剂。Wang等[27]制备了金属钴包覆的Fe3O4, 并研究了其对吸波性能的影响, 研究结果表明金属钴的包覆有效提高了Fe3O4的吸波效果, 反射率在4.3~7.2GHz均低于-10dB。

另一方面通过在金属纳米粒子的表面包覆铁氧体形成核壳结构, 改变纳米金属粉末表面的成分、结构和状态, 较好地解决了金属微粉稳定性差, 极易发生团聚, 分散性差等问题。同时将铁氧体包覆在磁性金属纳米颗粒表面形成核-壳结构复合颗粒, 两种磁性颗粒产生协同效应, 既能克服铁氧体在微波频段 (f>1GHz) 磁导率低又能克服因金属纳米颗粒具有导电性而使介电常数激剧下降的缺点, 具有良好的微波吸收性能。哈日巴拉等[28]利用共沉淀法制备了Ni@Fe3O4复合纳米颗粒, 具有良好的微波吸收性能。刘姣等[29,30]采用非均匀成核和化学沉淀相结合的方法制备了MgFe2O4原位包覆羰基铁超细复合粉体, 对制备工艺及其抗氧化性能进行了研究, 吸收层厚度为1.5mm时, 改性粒子的吸收峰值为-17.8241dB, -10dB的频宽为5.52GHz。张欢[31]采用自组装液相化学还原技术, 制备了具有良好导电和导磁的Ag@Mn6Zn0.4Fe2O4复合粒子。Peng等[32]通过水热法合成了镍锌铁氧体包覆银复合粉体。吸波性能研究结果表明:复合粉体吸波涂层在厚度1~3mm时, 最小反射率都超过了-25dB。

2.2 不同类型铁氧体复合

铁氧体在微波频段主要依靠自然共振吸收电磁波, 铁氧体的共振频段各不相同, 不同类型铁氧体的复合可以有效拓宽复合材料吸波带宽。不同铁氧体复合主要集中在尖晶石型铁氧体和六角晶系铁氧体, 以及尖晶石和尖晶石铁氧体之间[33]。

尖晶石型铁氧体吸波剂的研究在国内外已有很长的历史, 但是由于各向异性场HA很小, 使得其在微波频段的磁导率及吸收特性不及六角晶系铁氧体。六角晶系铁氧体因其具有片状的结构、较高的磁晶各向异性场HK以及具有较高的自然共振频率fm, 在微波段具有良好的吸波能力。将尖晶石铁氧体和六角晶系铁氧体复合能够有效地改善二者的电磁性能, 在高频段和低频段取得较好的吸波效果[34,35,36,37]。Drmota等[35]通过共沉淀法成功合成了SrFe12O19@Fe3O4复合物, 研究结果表明复合物有效地结合了锶铁氧体和四氧化三铁的优点, 在低频和高频都有较好的吸波效果。陈映杉等[36]通过两步柠檬酸盐溶胶-凝胶法, 制备出核-壳结构SrFe12O19@ZnFe2O4磁性纳米复合粉体, 制备的粉体包覆良好, 分层界面清晰, 壳层厚度约为5nm, 如图3所示。在频率为8~18GHz范围内, 微波吸收逐渐增强, 当频率为12GHz时, SrFe12O19@ZnFe2O4纳米复合粉体的微波吸收达到最大值-9.7dB, 是一种性能优良的吸波材料。

通过不同离子取代的尖晶石铁氧体之间的复合, 可以有效地改善粉体的电磁性能。Hong等[38]制备了具有核壳结构的Fe3O4@Mn1-xZnxFe2O4复合微粒, 其饱和磁化强度较高, 具有良好的电磁性能。Song等[39]制备了CoFe2O4@MnFe2O4核壳结构的复合粒子, 其电磁性能有了良好的改善。将CoFe2O4与Zn离子取代的镍铁氧体进行复合, 采用溶胶-凝胶法成功制备了CoFe2O4@Ni0.5Zn0.5Fe2O4粒子, 改善了两者的磁性能[40]。

2.3 导电高聚物/铁氧体复合

导电高聚物作为一种有前途的新型高聚物吸波材料具有较大的电损耗, 密度低, 力学性能好、组分易控制等优点。但是, 单纯地使用导电高聚物作为吸波剂还存在着吸波频段窄、稳定性差等缺点。具有核壳结构的纳米磁性导电聚合物是一种新型的功能吸波材料, 它将同时具有导电性、磁性和纳米效应, 且稳定性好, 表面活性高, 电磁参数可调, 不仅可以提高铁氧体的电损耗还能减小其密度, 拓宽吸收频带, 使其兼具两者优点。聚苯胺 (Polyaniline, PANI) , 聚吡咯 (Polypyrrole, PPY) 和聚噻吩 (Polythiophene, PTH) 是导电高聚物中的三大主要品种[41]。

聚苯胺具有易合成、化学稳定性好、掺杂简便易行和高的导电性等优点, 在吸波材料研究中引起了广泛的关注。目前的研究主要是通过聚苯胺包覆铁氧体[42,43,44,45,46,47]以及包覆离子取代改性后的铁氧体[48,49,50,51,52]获得核壳结构吸收剂。赵海涛等[43]采用超声场下原位聚合法制备镍铁氧体/聚苯胺复合材料, 镍铁氧体含量为15%的试样在8~18GHz范围内综合吸波性能最好, 具有最大衰减-23.4dB, -8dB带宽可以达到5.73GHz。Ma等[48]研究制备了聚苯胺包覆Co0.5Zn0.5Fe2O4铁氧体的纳米复合物, 并研究了其微波吸收性能, 结果表明纳米复合物涂层在22.4GHz处最小反射率达-39.9dB, 低于-10dB带宽达到5GHz, 复合物展现出了优良的吸波性能。Chen等[49]利用自蔓延燃烧法合成了Al取代的钡铁氧体BaAl2Fe10O19, 并利用聚苯胺对其进行包覆处理, 结果表明包覆后样品的吸波效果比包覆前有明显提高, 2mm涂层的反射率9.1~18GHz范围内均低于-10dB。

和聚苯胺一样, 聚吡咯也具有高的导电率、空气中稳定和易于制备等优点, 是导电聚合物的首选材料之一。尖晶石型铁氧体在低频段有较好的吸波效率, 但吸收频带较窄, 且在GHz频段由于磁导率虚部极小限制了其应用频率, 将尖晶石型铁氧体以及锰锌取代镍离子后制备的尖晶石型铁氧体与PPY复合形成核壳结构的复合材料可以明显的改善吸收带宽, -10dB吸收带宽达到了5GHz[53,54,55];钡铁氧体由于大的矫顽力和磁能积以及单轴磁晶各向异性等使其成为应用相当广泛的一类磁性材料, 且掺杂稀土Nd后能有效地调控替代品的磁性参数, 拓展了钡铁氧体的应用范围。将导电的聚吡咯和磁性的Nd掺杂钡铁氧体有效的复合, 新的复合物除具有单一组分赋予的电磁性能外, 由于组分间的协同作用使电磁损耗有较大的提高, 当两者复合的质量比为5∶1时, 复合物中组分间的协同作用达到最大, 其反射峰值和有效带宽分别达到-27.68dB和9.04GHz[56]。

相较于聚苯胺和聚吡咯, 聚噻吩与铁氧体的复合研究的较少, 仅有少数研究人员进行了初步的研究, 取得了一定的成果。利用聚 (3, 4-亚乙二氧基噻吩) (PEDOT) 与铁酸钡在原位乳液聚合合成具有核壳结构的纳米粒子;在聚合物基质中的钡铁氧体纳米粒子的存在下, 包括磁性损失, 主要来自磁滞, 畴壁位移, 和涡流损耗;复合粒子具有较高的复介电常数虚部 (ε″=23.5) 和复磁导率虚部 (μ″=0.22) , 从而在12.4~18 GHz内对微波的吸收率在99%以上[57]。Zhou等[58]采用分步合成法, 在聚乙烯醇 (PVA) 和p-甲苯磺酸 (P-TSA) 的存在下, 成功地合成了聚3, 4-乙撑二氧噻吩 (PEDOT) 与Fe3O4的核壳结构复合微粒;当 (EDOT) / (Fe3O4) 的比例为20时, 在9.5GHz处, 最小反射峰值为-30dB。图4为两种典型的导电高聚物/铁氧体核壳结构复合粉体。

2.4 其他复合类型

除了上述几种主要的复合方式之外, 还有其他一些复合方式能有效提高铁氧体的吸波性能[59,60,61,62]。目前的研究主要集中在TiO2/铁氧体复合, BaTiO3/铁氧体复合, SiO2/铁氧体复合, 炭材料/铁氧体复合四个方面。

TiO2主要应用在光催化领域, 在吸波材料中的应用较少。仅有少数研究人员对TiO2与铁氧体复合后的电磁性质进行了初步的探讨[63,64,65]。BaTiO3铁电陶瓷是电介质型吸收剂的代表, 主要是通过介质极化弛豫损耗来吸收电磁波。由于其耐高温等优点, 将其与铁氧体复合制备新型吸收剂的研究逐渐引起了人们的关注[66,67,68,69]。通过两者复合, 使得BaTiO3具有了铁氧体的磁性, 从而有可能成为性能优良的高温吸波剂。例如, 刘建华等[67]用均匀共沉淀法制备了BaTiO3@BaFe12O19核壳粒子, 所得BaTiO3@BaFe12O19核壳粒子的饱和磁化强度和矫顽力均得到了改善;在2~7GHz, BaTiO3@BaFe12O19核壳粒子的复介电常数ε′和ε″均高于BaTiO3;BaTiO3@BaFe12O19核壳粒子出现了BaTiO3所没有的磁性能, 其复磁导率μ′和μ″在2~7GHz远远高于BaTiO3, 表现出了较为明显的磁损耗。

由于纳米铁氧体易于团聚, 化学稳定性不高, 易氧化等缺点, 限制了其在吸波材料领域的更为广泛的应用。而无定形硅材料是一种具有优良的化学稳定性、无毒的无机材料, 对纳米铁氧体包覆SiO2后, 可以减少纳米铁氧体粒子间的团聚, 提高化学稳定性, 进一步拓展其在吸波材料领域中的应用[70,71,72,73,74]。例如, 用SiO2对尖晶石型镍铁氧体表面进行包覆改性, 可以有效地改善镍铁氧体易于团聚, 易氧化等问题。并且, 与未包覆的NiFe2O4相比, NiFe2O4@SiO2仍保持了良好的超顺磁性[70]。中国科学院宁波材料技术与工程研究所公开了一种单分散磁性能可控Fe3O4@SiO2核壳球簇的制备方法, 获得了良好电磁性能的Fe3O4@SiO2核壳磁珠[74]。

常用的炭材料吸波剂主要有炭黑, 碳纳米管和碳纤维等。单独的炭材料介电常数较大, 使得阻抗匹配特性较差, 存在吸波频带窄等缺点。因此, 一般将其与磁损耗型吸收剂如铁氧体、羰基铁、单质金属微粉等复合制成复合材料[2]。将其与铁氧体复合后, 可以达到低密度和强吸收的目的。同时, 炭材料具有密度小、强度高、化学稳定性和导电性能良好、优良的力学性能及耐高温等优点, 使得二者复合后极具应用价值, 有望发展成一种薄轻的宽频带吸波材料。目前的研究中主要有炭黑[75,76]、碳纳米管[77,78]以及碳纤维[79,80]表面包覆铁氧体, 将上述炭材料与铁氧体复合制备成具有核壳结构的吸波剂后, 其磁性能均优于单一使用时的性能, 吸波能力得到了提升。图5为两种典型核壳结构的粒子。

3 展望

核壳结构复合吸波材料由于优良的电磁参数和吸波性能, 近年来成为研究的热点。目前的研究主要集中在不同材料之间的复合改性及其制备条件的探索, 并且普遍以实验室摸索性的应用研究为主, 理论研究相对薄弱, 因而未获得广泛的实用和实质性的突破。因此, 要达到吸波材料“厚度薄、密度小、吸收强、频带宽”的要求, 还应从以下方面进行努力: (1) 对核壳结构吸波材料的形成机理进行深入研究, 在此基础上, 解决核壳结构微粒的团聚和分散、壳层厚度的控制等问题; (2) 对核壳结构吸波材料的吸波机理进行深入研究, 在此基础上通过调节复合材料的组成形貌和电磁参数增强复合材料的吸波性能, 降低吸波涂层厚度和密度;加强对导电高聚物/铁氧体复合、炭材料/铁氧体复合的深入研究, 从而开发出一种轻质、高效的吸波材料。尤其是炭材料/铁氧体复合, 利用炭材料耐高温的特性, 有望发展出耐高温的新型吸波材料, 从而应用在空间技术领域; (3) 探索合理可行, 经济实用的工艺流程, 使核壳结构吸波材料能够走出实验室, 为工业化生产奠定基础。

摘要：核壳结构复合吸波材料因其独特的物理化学特性和良好的吸波能力, 近年来成为研究的热点。本文综述了近年来有关铁氧体基核壳结构复合吸波材料的研究成果。介绍了核壳结构吸波材料吸波原理的研究进展, 然后将铁氧体基核壳结构复合吸波材料的研究成果系统归纳为四大类, 即金属微粉/铁氧体复合, 不同类型铁氧体复合, 导电高聚物/铁氧体复合、其他复合类型, 评述了其特点。指出了铁氧体基核壳结构复合吸波材料未来研究亟待解决的问题和发展方向。