片状铁基纳米晶晶界与微波电磁参数关系的研究 开题报告

开题报告 报告人： 片状铁基纳米晶晶界与微波电磁参数关系的研究 报告目录 选题依据 研究现状 研究内容 拟解决的关键问题 研究方法和技术路线 创新点 研究计划 预期的研究成果 选题依据 防辐射键盘 防辐射天线 军用隐身和民用抗电磁干扰和辐射的应用，迫切需要研制出电磁波吸收材料。 隐身飞机 纳米吸波材料由于其表面效应和体积效应因而具有频带宽、兼容性好、质量小和厚度薄等特点，是一类很有发展前途的高性能、多功能的吸波材料。 片状磁性金属颗粒由于高饱和磁化强度及形状各向异性，突破 高频波段有较高磁导率，因此作为吸波剂越来越受到关注。 但是，相对于其他形状颗粒，片状磁性金属颗粒的涡流损耗在高频比较大，从而导致磁通量急速减小，也就是说微波磁导率下降很快，影响了微波吸收性能。基于此考虑，本项目将以 片状纳米铁基磁性金属材料作为研究对象，通过微结构处理降低吸收剂的电导率，从而减少涡流效应，使磁导率随着频率的增加而缓慢减小，探索具有高效电磁波吸收性能的吸收剂。 2 2 2 22 2 2 2m2 d 2 2 2 2平板（厚度 =d） 圆柱（半径 =R） 球（半径 =R） 研究现状 通过颗粒表面钝化、分子表面修饰和颗粒包覆处理降低介电常数，减少涡流损耗。 通过调节片的宽厚比和颗粒尺寸来调节电磁参数 通过调节形状各向异性调控电磁参数 0h 通过改变吸收剂的体积含量和吸波剂的厚度调控电磁参数 通过调节纳米晶晶粒尺寸和晶界微结构来调控铁基纳米晶颗粒的微波电磁参数很少有人报道。 1. 纳米晶结构与磁导率 a) 磁性材料中的 晶粒相互作用 可分为晶粒之间的长程 静磁相互作用 和近邻晶粒之间的 交换耦合相互作用 。晶粒相互作用强弱取决于材料的微结构（晶粒形状、尺寸、取向及界面耦合程度）。 b) 晶粒交换耦合相互作用的强弱与晶粒耦合程度和晶粒的尺寸及相对取向有关。晶粒界面直接耦合越多，交换作用越强；晶粒尺寸越小，单位体积的表面积越大，界面处的交换耦合相互作用对磁体性能影响越显著；近邻晶粒的易磁化方向夹角越大，交换耦合相互作用越明显地使混乱取向的晶粒磁矩趋于平行排列，将使磁性材料的矫顽力下降、磁导率显著提高。 随着晶粒尺寸的减小，晶粒间的交换耦合相互作用对材料磁性能的影响越来越大 ； 纳米磁性材料中的晶粒交换耦合作用远远超过了静磁相互作用 。 2. 纳米晶结构与电阻率 a) 纳米材料可视为由 纳米晶粒 和 晶界 两个部分组成，其电阻的计算采用自由电子渗流理论。每一条通路上的电阻等于晶粒电阻 、 晶界电阻 及 界面电阻 之和。 b) 纳米材料的电阻率随着晶粒尺寸的减小而增大。电阻率以及电阻率温度系数与晶粒尺寸的关系一般可以从以下的观点来加以解释：传导电子同时受到 晶粒内部的电子散射 和晶界的散射 ，也就是说纳米材料在电学性质上表现出的复杂性来源于 小尺寸的晶粒 和大量存在的 晶界 。 c) 纳米晶磁性金属颗粒内虽然存在大量的高阻态晶界和晶格缺陷，但是由于 量子隧穿效应 使电子仍能通过晶界而形成导电通道，这也是纳米晶磁性金属颗粒介电常数偏高的主要原因 c) 磁性金属纳米化后，当晶粒尺寸较小时（ 10 仍呈现铁磁性，表明纳米磁性金属内存在 局域磁矩 ；这就有可能存在 局域磁矩与传导电子自旋之间的交换作用 ，而这种作用对电阻也有明显的的贡献。 铁基金属颗粒表面修饰不能从根本上降低纳米晶磁性金属颗粒介电常数来减少涡流损耗。如果在晶界引入高电阻率绝缘介质，进一步提高晶界势垒，那么片状颗粒内的涡流损耗就能从本质上得到降低，高频高磁导率。 基于以上考虑，拟以片状纳米晶磁性金属颗粒作为主线，通过制备工艺的探索，合成不同磁性绝缘介质引入到片状铁基纳米晶晶界的复合系统，从片状铁基纳米晶晶界、交换耦合机制与电阻率和磁导率的关系分析探讨片状纳米晶颗粒的微波高磁导率机制，从而为实验研究具有微波高磁导率的吸收剂材料提供新的有效技术途径和理论指导。 研究内容 （ 1）研究高能球磨工艺以及热处理工艺条件对片状纳米晶材料微结构、磁各向异性、静态电磁性能以及微波电磁参量的影响。通过改变纳米晶粒尺寸，调控晶界数量和晶界厚度，从而调控材料的介电常数、表面各向异性、形状各向异性和微波电磁参数。 （ 2） 通过前期高能球磨和后期的搅拌磨将磁性能不同的绝缘介质（ 入到片状羰基铁纳米晶晶界，形成对晶粒的包覆。研究羰基铁粉与绝缘介质的质量比、球磨时间和片状化后的结构变化规律。 探讨 不同磁性的绝缘介质的引入到晶界对晶粒间的交换耦合作用、 微波高磁导率和高磁损耗机制的影响。 拟解决的问题 通过控制晶界浓度、晶界厚度和晶界结构的改变，实现对铁基纳米晶晶粒间交换耦合作用和电输运行为的调控，从而获得高磁导率、低介电常数、和吸波性能好的铁基纳米复合电磁波吸收材料。 本项目目的在于制备出 2 磁导率实部 和虚部 ）和磁损耗，并且介电常数较为匹配的片状铁基纳米材料吸收剂，解决目前吸波材料微波高端吸波性能偏低问题。 研究方法和技术路线 研究方法：按 “ 物理思想 样品设计 制备工艺探索 结构和微结构分析 物性测试 实验结果规律性总结 对实验结果进行综合分析和研究 ” 的思路进行。 片状铁基纳米晶制备 熔炼、快淬和机械球磨 振动样品磁强计（ 网络矢量分析仪 电镜分析 (相组分 磁性能 电磁参数 形貌 /结构 技术路线：利用熔炼和快淬工艺制备铁基纳米晶，采用前期的 行星机械球磨 和后期的 搅拌磨 两步法通过改变工艺条件、参数和退火处理等将不同磁性质的绝缘体引入到片状羰基铁颗粒晶界。 创新点 （ 1）研究表明，纳米材料的电阻率随着晶粒尺寸的减小而增大，传导电子同时受到晶粒内部的电子散射和晶界的散射，也就是说 纳米材料在电学性质上表现出的复杂性来源于小尺寸的晶粒和大量存在的晶界。 将铁磁性绝缘介质引入到纳米晶晶界，使电子的传输进一步受阻，从根本上降低了介电常数及涡流损耗，为设计电磁波吸收性能更好的吸波材料具有一定的指导作用。 （ 2）从新的角度探讨纳米晶的 晶界的厚度 、 晶界结构（直接复合、核壳和多层膜结构）、 晶界的电性质（高阻态）和 晶界的磁性质 （自旋无序和受挫）对片状铁基纳米晶电磁参数的影响。实验研究具有微波高磁导率的吸收剂材料提供新的有效技术途径和理论指导。 研究计划 查阅最新国内外研究资料，进一步完善研究方案和技术路线；机械球磨和机械搅拌磨制备片状铁基纳米复合材料的工艺研究。 片状铁基纳米复合材料的微观结构调控；壳层的磁性质、晶界的厚度、晶界的微结构和晶界的磁结构等微观结构与微波电磁性能的关系研究。 片状铁基纳米复合材料的微波电磁参数变化与晶界、自旋相关的耦合机制研究；项目总结、结题。 预期研究成果 采用前期的机械球磨和后期的机械搅拌球磨制备具有片状形貌的纳米晶 e/明工艺条件对片状铁基纳米晶复合材料微观结构影响和以及该结构与材料的电阻率和交换耦合作用的关系。 有效控制铁基纳米晶复合材料的微观结构，探明介质的磁性质、晶界的厚度、晶界的微结构和晶界的磁结构对片状铁基纳米晶电磁参数的影响规律。 在国内外高水平学术期刊上发表 3 5篇关于这些研究成果的学术论文。 主要参考文献 1 . “ , 2004, 40:1679 2 . . “ of , J. 321 (2009) 2082 2092. 3 L. J. J. L. D. F. . J. “ of in 1999, 30:118 121. 4 R. . M. “ 1998, 34:1390 1392. 5 E. L. A. G. J. “ of , J. 2003, 262:1326 B. H. of , J. 2006, 320:11067 X. G. D. Y. H. “ , 2008, 92: 173117 - 173119. 8 J. “ to of , J. 2005, 285:2339 i, “ of on e Al , A, 2007, 466:17810 “ of on of , J. 448 (2008) 303 307 11 “ of on in