表面包银（中空）核壳复合粒子及其电磁屏蔽材料的研究

题名:表面包银（中空）核壳复合粒子及其电磁屏蔽材料的研究
作者:王一龙
学位授予单位:武汉理工大学
关键词:核壳复合粒子;;银空心微球;;低温热处理;;电性能;;静磁性能;;复磁导率;;屏蔽效能
摘要:
 电磁屏蔽复合材料在民用及军用领域有着广泛的应用,己经成为民用防电磁波辐射和各国军事装备屏蔽等技术领域研究的热点。本学位论文以Schelkunoff电磁屏蔽理论为基础,针对现有电磁屏蔽填料存在密度大或屏蔽效能差等问题,设计并制备出银包玻璃微珠核壳复合粒子、银空心微球和银包羰基铁粉核壳复合粒子等电磁屏蔽填料；研究了制备工艺参数对银包玻璃微珠核壳复合粒子和银空心微球的微观结构的Strong magnets影响规律；尤其是系统地研究了银包羰基铁粉核壳复合粒子的微观结构和电磁特性等属性对复合材料屏蔽效能的影响规律,建立了导电导磁型屏蔽填料的化学制备技术；首次提出利用低温热处理技术来改善屏蔽填料粒子的壳层和内核之间的界面相容性,提高了Fe@Ag核壳复合粒子的电性能和电磁屏蔽效能。本论文各章的主要内容如下：
 采用自组装化学镀银技术制备了银包玻璃微珠核壳粒子,详细分析了其复合机理；建立了银包玻璃微珠核壳复合粒子的化学制备技术；并研究了以该复合粒子为填料的屏蔽涂料的性能。结果表明：由于玻璃微珠上的巯基与新生的银纳米粒子存在强烈的化学键合,故导致银纳米粒子能不断定向地在模板表面沉积,并随着反应时间的延长,银晶核不断地长大,最终在玻璃微珠的表面铺展,形成完整、致密的银壳层。当pH值为13.0、氨水浓度为100mL/L、PVP浓度为10g/L、装载量为10g/L以及反应温度为25℃时,制备出表面银壳层包覆致密、均匀、核壳结构完整的银包玻璃微珠核壳复合粒子。该复合粒子的介电常数较包覆前大幅度提高；该电磁屏蔽涂料的导电性能均随着填料的体积分数的增加而增加,在体积分数达到25%时,其电阻率为4.0×10-3Ω·cm,同时该材料具有优良的屏蔽性能,以及优良力学性能和环境适应性,这表明该类材料有望在电磁兼容方面具有较好的应用前景。
 以银包玻璃微珠核壳粒子为原料,采用化学腐蚀技术,制备了形貌和壳层结构可控的银空心微球；并详细研究了银空心微球屏蔽涂料的性能。结果表明：对银空心微球的形貌以及银壳层厚度的控制可通过调节反应时间来实现。EDS分析表明该空心微球的成分为银,且不含其他杂元素；该空心微球是面心立方结构的单质银。该银空心微球具有轻质、导电性能优良以及环境适应性好等特点。
 利用化学镀银技术制备了不同表面形貌、形状的银包羰基铁粉核壳复合粒子。研究了银包羰基铁粉核壳复合粒子的电磁特性。弄清了核壳复合粒子的表面形貌和形状对其电磁特性影响规律。结果表明：通过控制液相化学还原过程中的工艺参数,可制备出表面银壳层包覆致密、均匀、核壳结构完整的银包羰基铁粉核壳复合粒子。该核壳复合粒子具有优异的导电和导磁性能；且以自行研制的高导电导磁核壳复合粒子为复合材料的屏蔽填料时,制备的导电磁性电磁屏蔽橡胶在电磁波的频段为30-1500 MHz下,其屏蔽效能达-38--43dB；与传统的屏蔽材料相比,采用兼具高导电性和导磁性的屏蔽填料可以有效提高电磁屏蔽复合材料对电磁波的屏蔽效能以及吸收损耗。膜状银包羰基铁粉核壳复合粒子的导电和导磁性能均优于草莓状银包羰基铁粉核壳复合粒子的,故其总的SE较高。球形和片形Fe@Ag复合粒子的饱和磁化强度基本相同,说明复合粒子的形状对其静磁性能无影响；由于片形粒子具有较强的形状各向异性,其磁导率大于球形粒子的；同时片形粒子间接触机会较大,易形成导电网络。片形粒子作为填料的电磁屏蔽橡胶的体积电阻率为4.87×10-3Ω·cm,相比球形粒子作为填料料的电磁屏蔽橡胶的体积电阻率下降了78%。利用有效介质理论,分别计算以片形粒子和球形粒子作为填料的复合材料的渗流阈值,计算结果http://www.chinamagnets.biz/Neodymium/Ball-Neodymium-Magnets.php与实验测量的结果相一致,片形粒子的渗流阈值较小,具有较好的导电性能。
 为降低Fe@Ag复合粒子的电阻率,提高复合粒子银壳层的致密度和屏蔽效能,对Fe@Ag核壳复合粒子进行低温热处理。研究证明：热处理温度并未改变复合粒子的物相结构及饱和磁化强度,但对复合粒子的电阻率和壳层致密度有较大影响,在140℃获得的Fe@Ag复合粒子的银壳层最致密,电阻率最低；但随热处理温度的升高,其电阻率和致密度反而下降；以140℃热处理后的复合粒子作为屏蔽填料制备的电磁屏蔽橡胶的SE为-28--53dB,比未进行热处理时降低了-10--15dB,屏蔽性能得到了提高。同时以界面润湿理论和晶体生长理论解释了热处理过程对复合粒子壳层微观形貌与屏蔽效能的影响。
学位年度:2010