碳包覆金屬納米顆粒的制備及其電磁性能的研究.pdf

1、自從Rouff和Tomita等人首先發(fā)現(xiàn)了碳包覆碳化斕的結(jié)構(gòu)以來(lái),碳包覆金屬納米顆粒(carbon-encapsulated metal nanoparticles,簡(jiǎn)寫(xiě)為CEMNs),尤其是包覆磁性金屬晶的顆粒,已引起了全世界科學(xué)家們極大的興趣并開(kāi)展了廣泛的研究工作,可望在磁性數(shù)據(jù)記錄、磁性分離、微波吸收材料以及生物醫(yī)學(xué)材料等工業(yè)領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用。碳包覆金屬納米顆粒是一種新型的富勒烯結(jié)構(gòu)納米復(fù)合材料,其中數(shù)層類(lèi)石墨片層圍繞處于核心的納

2、米金屬顆粒緊密排列,形成特殊的核殼結(jié)構(gòu)。對(duì)于某些碳包覆磁性金屬(如Fe,Co,Ni)納米材料,由于其內(nèi)部為具有磁性的金屬顆粒,外部為具有一定導(dǎo)電性的類(lèi)石墨碳層,這種納米級(jí)的特殊結(jié)構(gòu)有可能按照磁損耗和介電損耗的綜合損耗機(jī)理在設(shè)計(jì)新型微波吸收材料中有很好的應(yīng)用和發(fā)展前景。
　　 本文首次通過(guò)改進(jìn)的炭化法和改變工藝條件,在相對(duì)較低的炭化溫度下(700℃),以熱塑性酚醛樹(shù)脂為碳源,金屬硝酸鹽為催化劑和金屬源,六次甲基四胺為固化劑,大量制

3、備了不同結(jié)構(gòu)形貌的碳包覆Fe/Fe3C,Co,Ni納米顆粒以及洋蔥狀中空狀碳納米顆粒。利用TEM、HREM、XRD等測(cè)試分析手段研究了樣品的形貌、結(jié)構(gòu)和轉(zhuǎn)變機(jī)理,并詳細(xì)研究碳包覆金屬和洋蔥狀中空納米顆粒的形成的機(jī)理及其內(nèi)在聯(lián)系。并著重通過(guò)VSM和網(wǎng)絡(luò)矢量分析儀對(duì)碳包覆Fe/Fe3C的電磁性能進(jìn)行測(cè)試,考察在不同條件下制備的樣品的磁性能、電磁參數(shù)、微波吸收能力之間的對(duì)比和關(guān)系,并探討了該材料的吸波機(jī)理。
　　 我們的研究表明,在7

4、00℃條件下制備的產(chǎn)物主要是碳包覆Fe3C納米顆粒,隨著硝酸鐵含量的增加,其顆粒直徑由10 nm增加到60nm。樣品由于特殊的Fe3C-C核殼包覆結(jié)構(gòu)而具有較高的電阻率,有利于介質(zhì)的阻抗匹配和電磁波的吸收;另外在高頻范圍內(nèi)自然共振現(xiàn)象的出現(xiàn)導(dǎo)致磁損耗的增大,提高了電磁波的吸收性能使得樣品材料能在寬的頻帶范圍內(nèi)充當(dāng)理想的吸收劑。碳包覆Fe3C納米顆粒進(jìn)行1000℃熱處理后,所包覆的金屬物由Fe3C轉(zhuǎn)變?yōu)閱钨|(zhì)Fe,并出現(xiàn)了大量的洋蔥狀碳納米