铁氧体纳米颗粒增强碳纤维复合材料的电磁特性调控与吸波性能研究

The fabrication of microwave absorption materials with controlled electromagnetic parameters is of much significant for microwave absorbent. In this project, the ferrites nanoparticle reinforced carbon fibers will be designed and fabricated by electrospun and corresponding annealing. The real and imaginary parts of permittivity and permeability will be investigated based on the investigation of magnetic behavior and electromagnetic properties. We expect to manipulate the microwave absorption properties by tune the experimental process. To improve the application of microwave absorbents, the propagation of microwave near the interface of the nanofibre based films will be investigated; the relationship between microwave loss and morphology of the films will also be discussed. This project will offer physical insights and experimental guideline for the one-dimensional magnetic nanocomposites.

开发一种电磁参数可以调节的磁性复合材料，对于吸波材料的理论和实际研究都有重要意义。本项目提出以静电纺丝技术为基础，设计、制备铁氧体纳米颗粒增强的碳纤维复合材料；在探讨复合纤维磁性行为和高频电磁特性的基础上，研究复合纤维复介电常数和复数磁导率的变化规律。预期可以通过控制实验条件和优化参数，实现对磁性复合纳米纤维阻抗匹配条件和吸波性能的优化与调节。以实现吸波材料在电子器件微波封装中的应用为导向，详细研究电磁波在纳米纤维薄膜表面的传播行为，探讨最大损耗峰位置与薄膜形态的关系。获得针对不同吸波频率要求的吸波薄膜，为磁性复合一维纳米材料在吸波涂层方面的应用提供理论和实践支持。

采用静电纺丝方法制备了二氧化锡亚微米纤维。研究了二氧化锡一维结构的不同形貌(实心和空心纤维)对其高频电磁参数和微波吸收性能的影响。结果表明：相比实心纤维结构，二氧化锡空心纤维具有更多的表面和界面，因而表现出更高的复数介电常数；二氧化锡纤维的微波吸收性能不仅取决于其介电损耗能力，还取决于阻抗匹配条件；二氧化锡实心纤维展现了作为宽频带吸波材料的潜力。制备了钴酸镍三维纳米结构，并对样品进行了不同温度了热处理，研究了热处理温度对其相转变和微波吸收性能的影响。研究结果表明：钴酸镍在高温下不稳定，易分解为氧化镍和四氧化三钴；不同温度热处理的样品，其电磁参数和微波吸收性质有很大差异；钴酸镍纳米材料的主要微波损耗机制为德拜弛豫和电导损耗。制备了不同厚度纳米片组成的钴酸镍三维纳米结构，研究了厚度对钴酸镍纳米片电磁参数和微波吸收性能的影响。结果表明：更薄的纳米片分散在石蜡中，会形成更多的表面和界面，导致了更高的介电响应；通过调整纳米片的厚度，可以获得满足阻抗匹配条件的复数介电常数，得到优化的微波吸收性能。在上述过渡金属氧化物的研究基础上，我们对项目作了拓展研究，探索了过渡金属化合物纳米材料的超级电容性能。制备了尖晶石结构的镍钴硫化物，发展了有效控制硫空位缺陷浓度的方法。进一步研究显示，硫空位对于材料的超级电容性能有重要影响：一方面，硫空位会增加材料的导电率，有利于比电容的增加；另一方面，硫空位导致了晶格不稳定，从而损害了材料的倍率性能和循环性能。制备了钼酸钴/四氧化三钴纳米复合材料，并研究了其生长机理和电化学储能性质。研究结果合理地给出了这种独特三维结构纳米材料的生长机理；得益于其独特的几何结构和物相分布，这种材料展现了较高的比表面积，良好的电子和物质传导能力以及多重的电化学氧化还原反应，从而在作为超级电容器电极材料的应用中获得了出色的性能。.根据本项目计划书中，各项任务现已完成。项目执行期间取得了较好的研究成果：共计发表论文8篇，其中SCI一区论文3篇，二区论文5篇。项目执行期间，2人参加国内外学术会议5次，1人到国外课题组交流访问一年。培养硕士研究生2名，完成项目计划书中的研究目标。