纳米复合材料的电磁微波吸收性能-外文翻译(2篇).docx
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1、本科毕业设计(论文)外文翻译浙江师范大学生化学院本科毕业设计(论文)外文翻译译文1-Fe-Fe3B-Y2O3纳米复合材料在千兆赫范围内的电磁微波吸收性能刘九荣a、伊藤正博a、Ken-ichi Machidaaa大阪大学尖端科学技术合作研究中心吹田市, 大阪565-0871,日本接到于2003年2月24日,2003年9月8日录用摘要:-Fe-Fe3B-Y2O3 纳米复合材料采用熔体纺技术研发,其电磁微波吸收性能在0.05-20.05 GHz范围内。与-Fe/Y2O3复合物相比,-Fe-Fe3B-Y2O3的共振频率转移到一个较高的频率范围,这归因于四方-Fe3B的大各向异性场HA(0.4 MA/m
2、)。其相对介电常数()一直在低于0.5-10 GHz的地区,这表明复合粉体具有高电阻率()。含质量分数80 %,厚度6-3 mm的-Fe-Fe3B-Y2O3粉末的树脂复合材料分别在2.7-6.5 GHz频率范围内获得有效的电磁微波吸收(反射损耗-20 dB)。在吸收体厚度4 mm、4.5 GHz条件下观察到最低反射损耗为-33 dB。关键词:-Fe-Fe3B-Y2O3纳米复合材料; 电磁微波; 吸收性能1. 引言最近,就业通信设备使用的电磁波范围为1-6 GHz,(包括移动电话,智能交通系统,电子收费系统和局域网络系统)已经飞速发展。因此,严重的电磁干扰问题已经恶化。对这些问题的关注,促使研究
3、抗电磁干扰涂层的电磁波吸收材料、自我隐身技术以及运用于民用和军用的微波暗室。材料的复磁导率()和复介电常数()决定了反射和衰减电磁波的吸收特性。对磁性电磁波吸收剂来说,吸收厚度(dm)和磁损耗()之间有如下关系:根据方程式(1): (1) 其中,c表示光速,fm表示相匹配的频率。金属磁性材料有高的饱和磁化率和在高频率处有Snoeks限1-3。因此,在如此高的频率范围,他们的复磁导率仍保持在高位值。所以,有可能从这些材料中制备薄的吸收剂。然而,这些材料磁化的减少是由于涡流损耗引起的电磁波。因为这个原因,最好使用那些绝缘材料孤立的较小微粒。杉本等人已经报道了-Fe/SmO复合物在0.73-1.3
4、GHz范围内具有良好的电磁微波吸收特性,其来源于通过传统电弧熔炼技术制备的一种稀土金属间化合物Sm2Fe174,5。我们也已经报道了通过熔炼技术制备的-Fe/Y2O3复合物在2.0-3.5 GHz范围内表现出良好的电磁微波吸收特性,这归因于-Fe的细粒度(约20 nm)6。磁性稀土纳米复合材料,比如Fe3B/Nd2Fe14B,已经被当作高性能磁铁,这可能是通过退火非晶熔纺带制造的7,8。纳米复合材料的微观结构强烈依赖于退火温度和时间以及合金成分。本研究的目的是探讨由Fe3B/Nd2Fe14B制备的-Fe-Fe3B-Y2O3纳米复合材料的电磁波吸收特性,并与-Fe/Y2O3作比较。2. 实验步骤
5、2.1 材料准备Y5Fe77.5B17.5的三元合金锭第一次通过在氩气流下感应熔化铱、铁、硼三种金属(纯度大于99.9 %)被制备出来。通过在单辊快淬设备,在轧辊表面以20米/秒的速度,使用早期锭为起始原料制备出1.5毫米宽、约30毫米厚度的非晶态合金带Y5Fe77.5B17.5。球磨之后,粒子尺寸2-4毫米的粉末在氦气流下被加热到953 K,以每分钟40 K的加热速度加热10分钟。在随后的2小时573 K的氧气流中加热,结合成粉末并通过XRD表征。在高分辨率的扫描电子显微镜(HITACHI S-5000)观察到微观结构。2.2 特性通过均匀混合含20 wt%环氧树脂的复合粉末制备环氧树脂复合
6、材料,并把它压成圆柱形压块。这些压块在453 K下加热30分钟被加工处理,然后切成外径7.00毫米和内径3.04毫米的环形试样。通过使用惠普8720B网络矢量分析仪测量环形试样的散射参数(S11,S21)。相对渗透率和电容率值取决于在0.05-20.05 GHz频率范围内测量的散射参量。根据以下方程,在给定频率、吸收厚度的相对渗透率和电容率的条件下计算出反射损耗曲线。 (2) (3)其中,f 表示电磁微波的频率,d 表示吸收剂的厚度,c 表示光速,Z0 表示空气的阻抗,Zin 表示吸收器的输入阻抗。3. 结果与讨论3.1 结构特征 图1表示典型的X射线衍射非晶态Y5Fe77.5B17.5粉末衍
7、射图:(a)直接获得,(b)在氦气流953 K热处理10分钟后,(c)在氧气流573 K不成比例氧化样品(b)2 h后。从图1(a)可以发现,用熔纺技术制备的Y5Fe77.5B17.5合金粉末是非晶态的。图1(b)是经过热处理的,其粉末是由Fe3B和Y2Fe14B两相物质组成的。经不规则氧化后,Y2Fe14B相消失了。图1(b)的X射线衍射图与图1(c)的作比较,我们看到Fe3B的主要峰值强度(2=44.5),这只是-Fe的一个主要峰值(110),其比氧化后的强。这个结果表明-Fe的形成是因为把Y2Fe14B氧化成-Fe,Fe3B和Y2O3纳米粒子。但是从图1(c)中没有观察到Y2O3的峰;其
8、原因可能是Y2O3粒子尺寸太小以至于没有被检测到。通过使用罗谢勒公式,决定从X射线衍射峰的扩大线确定Fe3B和-Fe的晶体尺寸大约30 nm。这个测量结果同高分辨率扫描电子显微镜的一致。频率依赖于树脂复合材料的相对介电常数,包括如图2(a)中含80 %的-Fe/Fe3B/Y2O3粉末。相对介电常数的实部()和虚部()在大于0.5-10 GHz范围几乎是常数,因此相对介电常数()显示几乎是常数(),()。这个发现暗示是高电阻率的复合材料。-Fe/Fe3B/Y2O3复合物的电阻率值测出来大约100 m,但是Nd2Fe14B化合物的电阻率被报道出来为1.410-6 m9。高电阻率纳米复合材料被认为是
9、Fe3B,-Fe和Y2O3粉末的组分。氧化钇被嵌入Fe3B和-Fe之间,起着绝缘体的作用。3.2 电磁微波 相对磁导率的实部()和虚部()在图2(b)绘制出了一个频率的函数。相对磁导率的实部随着频率从1.6下降到0.9。然而,相对磁导率的虚部在大于1-7.1 GHz范围从0.1增加到0.6,然后在较高的频率范围内下降。相对磁导率的虚部在一个宽频率范围(2-9 GHz)呈现一个峰。在图2(b)中,与-Fe/Y2O3 作比较,-Fe/Fe3B/Y2O3复合物的磁导率的实部和虚部呈现一个较低值。这些较低值归因于Fe3B的磁化比-Fe的小。因此,-Fe/Fe3B/Y2O3比a-Fe/Y2O3有一个比较
10、小的相对磁导率,是-Fe与Fe3B相互作用的效果。然而,-Fe/Fe3B/Y2O3磁导率虚部曲线上的极大点转移到较高频率值(7.1 GHz)。因此,纳米复合材料具有显著的特征是电磁微波吸收在更高频率的区域。 3.3 吸收特性 图3(a)是含80 %-Fe/Fe3B/Y2O3粉末的树脂复合材料的反射损耗与频率之间的典型关系。首先,随着厚度的增加,最小反射损耗被发现移向较低的频率区域。其次,分别在2.7-6.5 GHz频率范围,厚度6-3 mm下获得树脂复合材料RL-20 dB。尤其是,与样品相匹配的厚度(dm=4 mm)在4.5 GHz观察到最低RL=-33 dB,最小dm=3 mm在6.5 G
11、Hz被观察到(RL=-27 dB)。众所周知,选择合适的电磁波吸收材料的标准之一是其自然共振频率的位置()。自然共振频率与各向异性场(HA)有关,根据方程: (4)其中,是激发态的核磁比,HA是各向异性场。许多工作者已经报道了应用于电磁波吸收材料的M-型铁氧体的最大HA值导致在自然共振的高频率范围的一个显著变化10-12。因此,可以预期,通过改变材料的自然共振频率可以控制金属磁性微波吸收的频率。图3(b)是含80 %-Fe/Y2O3粉末的树脂复合材料的频率与RL的依赖关系。在2.0-3.5 GHz频率范围内观察到树脂复合材料的RL-20 dB。在优化条件下制备的-Fe/SmO,-Fe/Y2O3
12、,-Fe/Fe3B/Y2O3树脂复合材料的电磁微波吸收特性被概括在表1。样品-Fe/Fe3B/Y2O3与-Fe/Y2O3作比较表明最小反射点已经从2.6 GHz转移到一个更高的频率4.5 GHz。这种转变是因为用立方的-Fe部分替换了四方的Fe3B,这导致自然共振频率的增加(如图2(b)。在-Fe/Fe3B/Y2O3纳米复合物中,-Fe和Fe3B的存在如同磁体一样。与-Fe(1.6 GHz)作比较,Fe3B具有更宽的自然共振频率(14 GHz)正如方程(4)计算的一样,这归因于大的各向异场性场(0.4 MA/m)13。因为他们的相互影响,-Fe/Fe3B/Y2O3的自然共振频率(fr)在-Fe
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