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材料研究学报  2014, Vol. 28 Issue (11): 842-848    DOI: 10.11901/1005.3093.2014.256
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碳基纳米氮化铁复合材料的制备及其吸波性能
李发展1,2,于美杰2(),徐勇3,王成国2,高瑞2,毛琼2,崔晓晨2
1. 山东大学材料科学与工程学院 材料液固结构演变与加工教育部重点实验室 济南 250061
2. 山东大学材料科学与工程学院 碳纤维工程技术研究中心 济南 250061
3. 山东建筑大学材料科学与工程学院 济南 250101
Preparation and Microwave Absorbing Performance of Carbon-based Iron Nitride Nanocomposites
Fazhan LI1,2,Meijie YU2,**(),Yong XU3,Chengguo WANG2,Rui GAO2,Qiong MAO2,Xiaochen CUI2
1. Key Laboratory for Liquid-Solid Structural Evolution and Processing of Materials Ministry of Education, Shandong University, Jinan 250061
2. Carbon Fiber Engineering Research Center, College of Materials Science and Engineering, Shandong University, Jinan 250061
3. College of Materials Science and Engineering, Shandong Jianzhu University, Jinan 250101
引用本文:

李发展,于美杰,徐勇,王成国,高瑞,毛琼,崔晓晨. 碳基纳米氮化铁复合材料的制备及其吸波性能[J]. 材料研究学报, 2014, 28(11): 842-848.
Fazhan LI, Meijie YU, Yong XU, Chengguo WANG, Rui GAO, Qiong MAO, Xiaochen CUI. Preparation and Microwave Absorbing Performance of Carbon-based Iron Nitride Nanocomposites[J]. Chinese Journal of Materials Research, 2014, 28(11): 842-848.

全文: PDF(3084 KB)   HTML
摘要: 

将纳米铁粉均匀混合在聚丙烯腈中进行预氧化和碳化处理, 制备出碳包覆纳米铁氮化合物复合材料。用XRD、SEM、TEM、强磁计和矢量网络分析仪等对不同碳化条件下复合材料的相结构、组织形貌、磁性能和电磁参数进行表征, 研究了碳化温度对吸波性能的影响。结果表明, 当碳化温度为700℃时Fe的剩余量最少, Fe3N的相对含量大于Fe4N并且有少量的Fe3O4; 当碳化温度为750℃时Fe3N相对含量较少, Fe和Fe4N的相对含量占优, Fe3O4被还原; 当碳化温度升高到800℃时, 产物的主要物相是Fe和Fe3C, 少量Fe3N, 几乎没有Fe4N。涂层厚度为1.5 mm的样品小于-10 dB的频宽达到4.5 GHz, 在15 GHz处反射损耗最小(为-13 dB)。

关键词 复合材料吸波材料无定形碳氮化铁电磁性能    
Abstract

Carbon-based iron nitride nanocomposites were prepared by means of preoxidation and then carbonization of a uniformly blended mixture nano-iron powders and liquid polyacrylonitrile. The prepared nanocomposites were characterized by X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM), and transmission electron microscopy (TEM). The electromagnetic performance of the nanocomposites was evaluated by magnetometer and vector network analyzer, and therewith the effect of the carbonization temperature on microwave absorbing performance could be acquired. The results show that the nanocomposite with the desired phase composition can be prepared after carbonization at 750℃. A 1.5 mm thick coating of the nanocomposite has the maximum reflection loss value -13 dB at 15 GHz, and the absorption bandwidths with reflection loss lower than -10 dB are up to 4.5 GHz.

Key wordscomposites    absorbing material    amorphous carbon    iron nitride    electromagnetic properties
收稿日期: 2014-05-16     
基金资助:* 国家自然科学基金51101093和山东大学自主创新基金Z462012ZD048资助项目。
图1  聚丙烯腈的合成路线
图2  碳基纳米复合材料的制备工艺图
Temperature/℃ t/min
20-200 50
200-200 10
200-270 60
270-270 30
270-30 50
表1  预氧化工艺
Sample Heating rate /(℃/min) Temperature/℃ Atmosphere
A 7 750 Nitrogen
B 7 750 Nitrogen
C 10 700 Nitrogen
D 10 750 Nitrogen
E 10 800 Nitrogen
表2  碳化工艺及对应的样品
图3  复合材料制备过程中的物相变化及其在10°-30°上的局部放大图
图4  不同碳化气氛下的反应产物的XRD谱
图5  不同碳化温度的碳基纳米复合材料XRD谱
图6  样品D形貌
图7  样品D的SEM像及其EDS元素面分布
图8  样品D的磁滞回线
图9  样品C、D、E的介电常数实部和虚部、磁导率实部和虚部以及样品D的介电损耗与磁损耗随频率的变化曲线
图10  厚度为2 mm的涂层样品C、D、E的反射损耗随频率的变化曲线
图11  样品D的反射损失随频率的变化曲线
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