磁性納米複合材料的可調控寬頻微波吸收機制研究

《磁性納米複合材料的可調控寬頻微波吸收機制研究》是依託蘭州大學，由馬驥擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：磁性納米複合材料的可調控寬頻微波吸收機制研究
• 依託單位：蘭州大學
• 項目負責人：馬驥
• 項目類別：青年科學基金項目

項目摘要

磁性納米複合材料，由於磁性納米顆粒對微波的特殊吸收作用及具有高的電阻率、低的密度、電磁參數靈活可調等優點，近年來成為吸波材料領域研究的熱點。目前，如何有效的調控和擴展吸收頻帶是這類材料在實際套用和研究中需要解決的重要問題。吸收頻帶的位置和頻寬與共振頻率和磁導率相關。根據鐵磁性理論，改變磁性顆粒的成分和形狀可改變其共振頻率和磁導率，從而可對吸收頻帶進行調控和擴展。與傳統理論不同，本項目將從磁性納米顆粒的尺寸變化將引起其表面各向異性和共振機制的改變入手，通過改變顆粒尺寸，改變表面各向異性和有效各向異性，調控共振頻率；通過研究顆粒尺寸變化引起的共振機制變化對磁譜的影響，調控磁導率。在此基礎上研究磁性納米複合材料的可調控寬頻微波吸收機制，並最終獲得頻帶可調的寬頻吸波材料。寬頻吸波材料的研發在基礎研究，國防和民用技術方面都具有重要意義。本項目的實施將為其設計開發提供新的思路、理論指導和科學依據。

結題摘要

微波吸收材料在國防和民用領域中具有重要套用。目前，吸收頻帶的調控和擴展是微波吸收材料研發中的重點。在本項目中，我們研究了鐵磁性金屬/氧化物納米複合材料中磁性金屬納米顆粒的尺寸對其吸收頻帶的位置和頻寬的影響。研究結果表明通過改變複合材料中磁性金屬納米顆粒的尺寸可實現此類納米複合材料的可調控寬頻微波吸收。主要研究結果如下：（1）在鐵磁性金屬/氧化物納米複合材料中，當磁性金屬納米顆粒的尺寸小於交換共振發生的理論臨界尺寸時，可在自然共振的基礎上引入交換共振，從而使磁性納米複合材料的磁損耗共振峰在微波段得到有效拓展。（2）鐵磁性金屬納米顆粒的尺寸對磁性納米複合材料磁導率和共振頻率的影響規律為隨顆粒尺寸增加，磁導率數值增加，自然共振頻率和交換共振頻率向低頻移動。（3）磁性納米複合材料的阻抗匹配機制為幾何效應匹配，因此隨顆粒尺寸的增加，共振頻率的降低和磁導率數值的增加將使其微波吸收頻帶向低頻移動。（4）得益於磁損耗共振峰的拓展，當磁性納米複合材料的磁導率數值隨顆粒尺寸的增加而增大時，其磁導率虛部可在寬的頻率範圍內保持較高的數值。反射損耗曲線計算表明這不僅降低了磁性納米複合材料作為微波吸收劑使用時的厚度，而且也使其電磁參數在寬的頻率範圍內接近阻抗匹配條件，因此有效地擴展了磁性納米複合材料的吸收頻寬，使其表現出優異的寬頻微波吸收性能。在本項目中“通過改變磁性納米顆粒的尺寸調控共振頻率和磁導率”是一種新穎的調控方式，擴充了現有的以改變顆粒的形狀和成分為主的調控手段。“通過改變磁性納米顆粒的尺寸調控吸收頻帶的位置和頻寬”也為磁性寬頻微波吸收材料的設計開發提供了一種新的思路，理論依據和科學指導。