Dribsnių šventinis legiruotojo anglies nanovamzdelių kompozitas, suderinamas su elektromagnetinėmis savybėmis, užtikrinančiomis mikrobangų absorbciją | mokslinės ataskaitos

Dribsnių šventinis legiruotojo anglies nanovamzdelių kompozitas, suderinamas su elektromagnetinėmis savybėmis, užtikrinančiomis mikrobangų absorbciją | mokslinės ataskaitos

Anonim

Dalykai

  • Magnetinės savybės ir medžiagos

Anotacija

Žvynelinis FeSiAl lydinio / kelių sienų anglies nanovamzdelių (FeSiAl / MWCNT) kompozitas buvo pagamintas lengvu ir keičiamu rutulinio frezavimo metodu. FeSiAl lydinio morfologiją ir elektromagnetines savybes galima gerai suderinti kontroliuojant frezavimo laiką. Nustatyta, kad FeSiAl lydinio magnetiniai nuostoliai yra pagerinami optimizuojant frezavimo laiką dėl padidėjusio anizotropijos lauko. Tuo tarpu pridėjus MWCNT, padidėja kompozito dielektriniai nuostoliai padidinant tarpfazines poliarizacijas, dipolines poliarizacijas ir laidžius kelius. Palyginti su įprastais FeSiAl absorberiais, FeSiAl / MWCNT kompozitas pasižymi žymiai geresnėmis mikrobangų absorbcijos savybėmis, turinčiomis stiprią absorbciją ir mažą storį. Mažiausias kompozito atspindžio praradimas siekia –42, 8 dB, esant 12, 3 GHz, esant labai plonam 1, 9 mm storiui.

Įvadas

Atsirandantys elektromagnetinės (EM) radiacijos pavojai žmonių sveikatai ir elektros įrenginiams, kylantys dėl belaidžio ryšio ir plačiai naudojamų mikrobangų prietaisų, tapo rimta aplinkos taršos problema ir atkreipė didelį dėmesį visame pasaulyje 1, 2., 3 . Mikrobangų krosnies sugeriančios medžiagos yra efektyvus būdas išspręsti šią problemą konvertuojant EM energiją į šiluminę energiją arba ją išsklaidant trukdžių dėka. Drastiškai padidėjus EM bangos panaudojimui gigahercų diapazone, magnetiniai metalai ir lydiniai pastaruoju metu sulaukia nemažo dėmesio tarp įvairių mikrobangų sugerties kandidatų dėl patrauklių aukšto pralaidumo ir suderinamumo pralaidumo pranašumų. Iki šiol daugelis tradicinių magnetinių medžiagų, tokių kaip Fe, Ni, Co, jų lydiniai ir junginiai, kurių dydis nuo nanometrų iki mikrometrų masto, buvo plačiai ištirti 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11 . Tačiau dėl šių „Snoek“ 12 ribos, didelio atitikimo storio ir didelio svorio šie magnetiniai absorberiai dažnai patiria staigų gigaherco dažnio pralaidumo sumažėjimą, dėl kurių sumažėja jų našumas ir apribotas jų pritaikymas praktikoje. Norint įveikti „Snoek“ ribą, buvo imtasi kelių pastangų sintetinti magnetines medžiagas, turinčias didelės formos anizotropiją. Pavyzdžiui, Feng ir kt. pagerino granuliuotos formos FeNi lydinio mikrobangų absorbcijos savybes, išlygindami juos į dribsnių formos FeNi lydinį mechaninio lydinio būdu 13 . Tong ir kt. susintetintos į urchiną panašios Fe 3 O 4 nanostruktūros ir gautas minimalus atspindžio nuostolis (RL) –29, 96 dB, esant 4, 0 mm storiui14.

Siekiant dar labiau pagerinti visapusišką magnetinio absorberio veikimą, angliarūgštės paprastai naudojamos kaip dielektrinės priklausomybės priemonė, norint sukurti heterogeninį kompozicinį absorberį. Paprastai CNT yra laikomi gerais kandidatais dėl jų didelių dielektrinių nuostolių, mažo tankio ir pigių 15, 16, 17 . Kompozitas, turintis CNT ir magnetines medžiagas, pasižymi dideliais dielektriniais nuostoliais ir magnetiniais nuostoliais. Gerą varžos suderinimo savybę galima pasiekti suderinus magnetinių komponentų ir CNT santykį. Be to, CNT, turinčios vienmatę vamzdinę struktūrą, gali lengvai sudaryti tarpusavyje sujungtą tinklą, kuris suteikia papildomų laidžių kelių kompozicijoje ir tokiu būdu naudingas mikrobangų slopinimui. Iki šiol pagerintos mikrobangų sugerties savybės buvo gautos iš daugelio magnetinių medžiagų / CNT kompozitų. Pavyzdžiui, Che et al. susintetinti α-Fe užpildyti CNT / epoksidiniai kompozitai, kurių mažiausia RL yra –25 dB, esant 11 GHz, kai plonasis storis yra 1, 2 mm 18 . Zou ir kt. paruošti Ni nano viela užpildyti daugiasieniai anglies nanovamzdeliai (MWCNT) CVD metodu. Ni nanolaidų / MWCNT kompozitas pasiekė mažiausią RL vertę –23, 1 dB, esant 8, 0 GHz, kai storis buvo 4, 0 mm 19 . Yang ir kt. pagamintas FeNi dekoruotas CNT kompozitas ir gautas optimalus RL –15, 4 dB 16, 5 GHz dažnyje, kurio storis 1, 6 mm 20 . Nepaisant to, daugumos CNT magnetinių metalų hibridų gamyba yra susijusi su sudėtingais procesais, sunkiomis sintetinėmis sąlygomis ir didelėmis sąnaudomis, kurios riboja jų praktinį pritaikymą.

FeSiAl lydinys yra svarbi minkšta magnetinė medžiaga, plačiai naudojama ir įrodyta, kad ji turi potencialias mikrobangų sugeriamąsias savybes gigahercų dažnio srityje. Tačiau „FeSiAl“ absorberiui vis dar yra didelis iššūkis įvykdyti aukšto efektyvumo mikrobangas sugeriančių medžiagų, pasižyminčių stipria absorbcija, plačiu absorbcijos pralaidumu, mažu storiu ir lengvu, reikalavimus. 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28 . Remiantis minėtais metodais, kaip pagerinti magnetinį absorberį, FeSiAl ir CNT derinys būtų perspektyvus būdas pasiekti šį tikslą. Be to, siekiant palengvinti praktinį pritaikymą, pageidautina sukurti sudėtinį FeSiAl absorberio paruošimo metodą, kuris būtų paprastas, nebrangus ir tinkamas didelio masto gamybai.

Šiame darbe mes pagaminome FeSiAl / MWCNT kompozicinį absorberį paprastu, pigiu ir keičiamu rutulinio frezavimo metodu. Sudėtinio absorberio EM parametrai buvo gerai kontroliuojami koreguojant FeSiAl dalelių morfologiją, ypač kraštinių santykį (ilgį / storį), ir papildomą MWCNT kiekį. Kompozitą, sudarytą iš žvynelinės FeSiAl ir nedidelio kiekio MWCNT (2 masės%), pasiekė puikios mikrobangų sugerties savybės, kurių RL yra –42, 8 dB, esant labai plonam 1, 9 mm storiui. Buvo išsamiai aptarti galimi absorbcijos mechanizmai, susiję su specialia FeSiAl lydinio morfologija, bei sintetinis MWCNT ir lydinio poveikis.

Eksperimentinis

Žvynelinio FeSiAl lydinio paruošimas

Šiame tyrime kaip pradinė medžiaga buvo naudojami komerciniai FeSiAl lydinio milteliai. Neapdoroti milteliai buvo malti rutuliu planetiniame malūne, naudojant rutulio ir miltelių santykį 5: 1, esant 500 apsisukimų per minutę greičiui. Frezavimas buvo atliekamas argono apsaugoje kambario temperatūroje. Frezavimo laikas buvo sureguliuotas nuo 4, 8 iki 16 h. Malimo proceso metu kaip proceso kontrolės agentas buvo pridėtas bevandenis etanolis. Galiausiai produktai buvo surinkti, išplauti ir išdžiovinti krosnyje 12 val. 60 ° C temperatūroje. 4, 8 ir 16 valandas sumalti mėginiai buvo pažymėti kaip FeSiAl-4, FeSiAl-8 ir FeSiAl-16.

FeSiAl lydinio-MWCNT kompozitų paruošimas

Šiame eksperimente naudoti MWCNT buvo įsigyti iš DK nanotechnology Co. LTD. FeSiAl lydinio-MWCNT kompozicijos buvo gautos 8 valandas sumalant rutulinį malimą komercinių FeSiAl miltelių ir MWCNT mišinių. Mišinyje esančios MWCNT masės dalis buvo 2 ir 10 masės%. Į mišinį kaip proceso kontrolės agentą buvo įpilta tam tikro kiekio bevandenio etanolio. Galiausiai produktai buvo surinkti, išplauti ir išdžiovinti krosnyje 12 valandų 60 ° C temperatūroje.

Charakteristika

Mėginių kristalų struktūra buvo nustatyta rentgeno spindulių difrakcija (XRD), naudojant difraktometrą, aprūpintą CuK α šaltiniu. Mėginių morfologijos buvo stebimos naudojant ZEISS Merlin skenavimo elektronų mikroskopiją (SEM) ir perdavimo elektronų mikroskopiją (TEM, JEOL-2100F). Produktų statinės magnetinės savybės buvo matuojamos kambario temperatūroje, naudojant vibruojantį mėginio magnetometrą (VSM).

Elektromagnetiniai parametrai buvo išmatuoti vektoriniu tinklo analizatoriumi (Agilent Technologies, PNA-L, N520C), dažnio diapazone 2–18 GHz. Matavimui naudojami mėginiai buvo pagaminti iš mišinio, kuriame buvo 60 masės% parafino ir 40 masės paruoštų mėginių. Tada susidarę absorberio / parafino mišiniai buvo suspausti į toroidinės formos pavyzdžius, kurių išorinis skersmuo buvo 7, 00 mm, o vidinis skersmuo - 3, 04 mm.

Rezultatai ir diskusijos

Fazių struktūra ir morfologija

1 paveiksle pavaizduoti skirtingu laiku sumaltų FeSiAl lydinių ir skirtingo MWCNT kiekio FeSiAl / MWCNTs kompozitų XRD modeliai. Kaip parodyta 1 pav. (A), neapdorotą FeSiAl lydinį sudaro dvi fazės. Difrakcijos smailės esant 44, 6 °, 65, 3 ° ir 82, 8 ° gali būti gerai indeksuojamos pagal α -Fe (Si, Al) lydinį, turintį ccc struktūrą, o difrakcijos smailės esant 27, 0 ° ir 31, 0 ° yra iš DO3 struktūros. Kai lydinys frezuojamas, DO3 fazės super gardelės difrakcijos smailės išnyksta. Tuo tarpu difrakcijos smailės iš α -Fe (Si, Al) fazės tampa platesnės ir silpnesnės, tai rodo, kad sumažėjo FeSiAl dalelių dydis ir atsirado vidinis įtempis, kurį sukėlė rutulinis malimas. Pagal Scherrerio lygtį, vidutinis neapdoroto FeSiAl lydinio dydis, apskaičiuotas naudojant (110) smailę, yra maždaug 59, 3 nm, o vidutiniai frezuotų lydinių dydžiai sumažėja nuo 21, 2, 19, 4 iki 16, 1 nm, kai frezavimo laikas padidėja iki 16 h. 1 pav. B) palyginami FeSiAl-8 lydinio ir FeSiAl / MWCNT kompozitų, turinčių skirtingą MWCNT kiekį, XRD modeliai. Akivaizdu, kad pridėjus MWCNT, nepakinta FeSiAl lydinio kristalinė struktūra. Kai MWCNT kiekis yra 10 masės%, galima aiškiai nustatyti būdingąją difrakcijos smailę esant 26, 3 ° ir 43, 4 ° nuo MWCNT 29 .

Image

( A ) neapdorotų FeSiAl, FeSiAl-4, FeSiAl-8 ir FeSiAl-16 mėginių, b ) FeSiAl-8 ir FeSiAl / MWCNT kompozicijų XRD modeliai.

Visas dydis

Tipiškos neapdorotų ir sumaltų FeSiAl lydinių morfologijos parodytos 2 pav. Kaip pastebėta 2 pav. (A), neapdorotų FeSiAl dalelių morfologija yra netaisyklinga. Po trumpo malimo, akivaizdus FeSiAl-4 dalelių morfologinis pokytis nekinta (2 pav. (B)). Kai malimo laikas padidėja iki 8 h, atrodo, kad dauguma dalelių yra dribsnių formos, esant dideliems kraštinių santykiams. Kaip parodyta 2 pav. (C), tipinio FeSiAl lakšto storis yra ~ 2 μm, ilgis ~ 40 μm, taigi atitinkamas lapo kraštinių santykis (ilgis / storis) yra apie 20: 1. Tikimasi, kad didelis „FeSiAl“ lakštų kraštinių santykis yra palankus padidinant magnetinius nuostolius aukšto dažnio srityje, peržengiant „Snoek“ ribą. Be to, lakšto storis yra artimas tradicinio FeSiAl lydinio tipiniam odos gyliui (~ 2 μm) 30 . o tai taip pat naudinga slopinant sūkurinės srovės 31, 32, 33 neigiamą poveikį kintamajame EM lauke. Kai frezavimo laikas buvo pailgintas, vis daugiau ir daugiau FeSiAl dalelių buvo susmulkintos į smulkius gabalėlius (2 pav. (D)), o tai atvirkščiai sumažino lakštų kraštinių santykį. Todėl rutulio frezavimo metu, ypač FeSiAl dalelių, morfologiją, ypač kraštinių santykį, galima gerai suderinti, o tai reikšmingai paveiktų mikrobangų sugerties savybes. Be to, FeSiAl lydinių kompozicijos buvo matuojamos EDS. Tai atskleidžia, kad neapdorotus lydinius sudaro Fe, Si ir Al elementai, kurių atomų procentas yra atitinkamai 74, 9%, 13, 9% ir 11, 2%. Rutulio frezavimo procesas daro nežymų poveikį lydinių sudėčiai, kaip parodyta 3 pav.

Image

( A ) neapdoroto FeSiAl, b ) FeSiAl-4, c ) FeSiAl-8 ir ( d ) FeSiAl-16 mėginių SEM atvaizdai.

Visas dydis

Image

( A ) neapdoroto FeSiAl, b ) FeSiAl-4, c ) FeSiAl-8 ir ( d ) FeSiAl-16 mėginių EDS rezultatai.

Visas dydis

4 paveiksle pateiktos tipiškos MWCNT ir FeSiAl / MWCNT kompozitų morfologijos, sumaltos 8 valandas. Nustatyta, kad sudėtinių FeSiAl lakštų morfologija yra panaši kaip gryno FeSiAl-8 mėginio. Daugybė 13–15 nm skersmens ir kelių mikrometrų ilgio MWCNT prilimpa prie „FeSiAl“ lakštų paviršiaus. Akivaizdu, kad MWCNT dalys yra gerai išsklaidytos, kaip parodyta 4 pav. (C), o MWCNT dalys yra smarkiai sujungtos, kaip pastebėta 4 pav. (D).

Image

( a ) MWCNT TEM vaizdas, ( b, c ) FeSiAl / MWCNT kompozicijos SEM atvaizdai (2 masės% MWCNT), d ) FeSiAl / MWCNT kompozicijos SEM vaizdas (10 masės% MWCNT).

Visas dydis

Statinės magnetinės savybės

FeSiAl lydinių įmagnetinimo kreivės buvo apibūdintos VSM kambario temperatūroje ir pateiktos 5 pav. Visi pavyzdžiai pasižymi tipiškomis minkštosiomis magnetinėmis charakteristikomis su gana mažomis liekanomis įmagnetinimo ( M r ) ir koercinės ( H c ) vertėmis. Remiantis išmatuotais duomenimis, prisotinimo įmagnetinimo ( M s ), M r ir H c vertės yra apibendrintos 1 lentelėje. Akivaizdu, kad rutulinis malimas nedaro įtakos M s, tuo tarpu didėjant frezavimo laikui, jis žymiai padidina H c nuo 1, 0 iki 18, 4 Oe. Didelis Hc padidėjimas greičiausiai siejamas su dideliais kiekiais struktūrinių defektų susidarymu ir dėl didelių deformacijų atsiradusiu vidiniu įtempiu, kuris gali sukelti didesnį pasipriešinimą įmagnetėjimui dėl sukimo efekto 34, 35 .

Image

Įdėklas a yra M s padidinimas, o įdėklas b yra histerezės kreivių, esančių arti nulinio magnetinio lauko, padidinimas.

Visas dydis

Pilno dydžio lentelė

Mikrobangų krosnelės sugeria

EM parametrų matavimui FeSiAl lydiniai ir FeSiAl / MWCNT kompozitai buvo sumaišyti su parafinu, kurio užpildo apkrova buvo 40 masės%. Paprastai medžiagos mikrobangų absorbcijos savybes galima įvertinti pagal atspindžio praradimo (RL) vertę tam tikru storiu. Remiantis perdavimo linijos teorija, normalios kritinės EM bangos RL gali būti apskaičiuojamas pagal išmatuotus EM parametrus:

Image

Image

Kai Z in yra įėjimo varža į laisvos erdvės ir medžiagos sąsają, f yra dažnis, d yra absorberio storis, ε r ir μ r yra absorberio kompleksinis laidumas ir pralaidumas, o c yra greitis. EM banga laisvoje erdvėje.

6 paveiksle parodyta apskaičiuota neapdoroto FeSiAl, sumaltų FeSiAl lydinių ir FeSiAl / MWCNT kompozicijų RL, kurių intervalas yra 2–18 GHz ir kurių storis yra 2, 0 mm. Iš 6 pav. (A) nustatyta, kad frezavimo laikas turi didelę įtaką FeSiAl lydinių mikrobangų absorbcijai. Neapdorotų FeSiAl ir FeSiAl-16 pavyzdžių atžvilgiu, naudojant optimalų frezavimo laiką, FeSiAl-8 mėginys pasižymi stipresne mikrobangų absorbcijos geba, kai mažiausia RL vertė yra –21, 4 dB, esant 14, 4 GHz. FeSiAl-8 mėginio efektyvusis absorbcijos juostos plotis, kai RL yra mažesnis kaip –10 dB (atitinkantis 90% kritinės EM bangos absorbcijos), apima 4, 9 GHz (12, 1–17, 0 GHz). Siekiant dar labiau pagerinti mikrobangų sugerties savybes, tam tikras MWCNT kiekis buvo sumaišytas su FeSiAl lydiniu ir sumaltas 8 valandas. Kaip parodyta 6 pav. (B), pridedant MWCNT, kurių masės procentas yra 2 masės%, žymiai padidėja FeSiAl / MWCNT kompozito mikrobangų absorbcijos galimybės. Norint išsamiai ištirti mikrobangų sugerties charakteristikas, 3 pav. Pateiktas FeSiAl / MWCNT (2 masės%) kompozicinio elemento RL diagrama, palyginti su dažniu 2–18 GHz diapazone, o storis 1, 3–2, 0 mm diapazone. 6 (c). Nustatyta, kad kompozito RL vertės gali viršyti –10 dB net esant labai plonam 1, 3 mm storio absorberiui. Optimali RL vertė siekia –42, 8 dB (esant 12, 3 GHz), kai storis 1, 9 mm, o efektyvusis absorbcijos juostos plotis yra iki 3, 9 GHz (10, 5–14, 4 GHz). Kompozito FeSiAl / MWCNT (2 masės%) mikrobangų absorbcijos savybės kartu su kitais FeSiAl lydiniais ir kompozitais, aprašytos naujausiose literatūrose, buvo apibendrintos 2 lentelėje. Palyginus su kitomis medžiagomis, kurių pagrindą sudaro FeSiAl, FeSiAl / MWCNT kompozicija, paruošta šioje Šis darbas pasižymi puikiais rezultatais esant gana plonam storiui, o tai rodo perspektyvią „FeSiAl / MWCNT“ absorberio perspektyvą kuriant lengvas, plonas mikrobangas sugeriančias dangas.

Image

a ) Neapdorotų FeSiAl, FeSiAl-8, FeSiAl-16 pavyzdžių, kurių absorbcijos storis yra 2 mm, atspindžio nuostoliai; b ) FeSiAl-8 ir FeSiAl / MWCNT kompozitų atspindžio nuostoliai, kurių absorbcijos storis yra 2 mm, c ) 3D atspindys kompozito FeSiAl / MWCNT nuostolių diagrama (2 masės% MWCNT).

Visas dydis

Pilno dydžio lentelė

Norint atskleisti galimus mikrobangų sugerties mechanizmus, išsamiai aptariami FeSiAl lydinių ir FeSiAl / MWCNT kompozicijų EM parametrai. Puikios FeSiAl / MWCNT (2 masės%) kompozito mikrobangų absorbcijos savybės turėtų būti glaudžiai susijusios su ypatinga dribsnių FeSiAl lydinio morfologija ir sinergetiniu poveikiu tarp FeSiAl ir MWCNT. Kaip pastebėta 7 pav. (A, b), dėl FeSiAl lydinio deformacijos labai pasikeičia tiek ε ′, tiek ε ′ ′, kurie atitinkamai atspindi elektrinės energijos kaupimo ir išsklaidymo galimybes. Didėjant frezavimo laikui, FeSiAl lydinių ε ′ vertės kinta atitinkamai 2, 7–8, 6, 6, 6–9, 1 ir 4, 5–5, 7. Ε ′ ′ kreivės rodo du akivaizdžius rezonansinius smailius 8–14 GHz ir 15–18 GHz dažniuose, kurie atitinka du poliarizacijos atsipalaidavimus. Pagal Debye teoriją 36, ε ′ ′ sudaro ir poliarizacijos nuostoliai, ir laidumo nuostoliai, aprašyti šia lygtimi:

Image

Visas dydis

Image

kur σ yra elektrinis laidumas, ω yra kampinis dažnis, τ yra atsipalaidavimo laikas, ε s ir ε yra atitinkamai statinis laidumas ir santykinis laidumas. Poliarizacijos nuostoliai daugiausia atsiranda dėl paviršinių poliarizacijos atsipalaidavimų FeSiAl-parafino ir FeSiAl-FeSiAl sąsajose. Palyginti su netaisyklingomis dalelėmis, dribsnių dalelių santykis yra didesnis, taigi jų paviršiaus plotas yra didesnis, o tai prisideda prie didesnio bendro paviršiaus poliarizacijos nuostolio. Pagal 3 lygtį laidumo praradimas yra tiesiogiai proporcingas elektros laidumui. Dėl smulkaus frezavimo atsirandanti deformacija gali sukurti daugybę FeSiAl dalelių struktūrinių defektų, trukdančių perduoti krūvius. Taigi padidėjęs dalelių elektrinis atsparumas gali sumažinti laidumą. Kai frezavimo laikas pailgėja iki 16 h, ε ′ žymiai sumažėja, palyginti su neapdorotu lydiniu.

Kaip tradicinė magnetinė medžiaga, magnetinio „FeSiAl“ lydinio nuostoliai vaidina lemiamą vaidmenį derinant mikrobangų absorbcijos savybes. Iš 7 pav. (C, d) matyti, kad žvynelinių FeSiAl lydinių ir μ ′, ir μ ″ yra didesni nei netaisyklingų. Visų pirma, „FeSiAl-8“ pavyzdžio didžiausios μ ′ ir μ ″ vertės yra atitinkamai 1, 58 ir 0, 54. Rezonansinės smailės μ ″ kreivėse žemo ir aukšto dažnio srityje gali būti priskiriamos atitinkamai FeSiAl lydinio natūraliajam ir mainų rezonansui. Netaisyklingos formos FeSiAl lydinio pralaidumą paprastai riboja „Snoek“ 37 riba, o „Flaks“ formos „FeSiAl“ lydinys gali šią ribą peržengti. Kaip pastebėta 7 pav. (B), manoma, kad neapdoroto FeSiAl lydinio natūralusis rezonanso dažnis ( f r ) yra mažesnis kaip 2 GHz, o frezuojant lydinį, f r pasislenka iki ~ 2, 5 GHz. Netaisyklingo ir žvynelinio FeSiAl lydinių pralaidumo ir rezonanso dažnio santykis atitinka atitinkamai 4 ir 5 lygtis.

Image
Image

Kur μ r, f r, γ ′ ir M s yra atitinkamai pradinis pralaidumas, rezonanso dažnis, girosmagnetinis santykis ir prisotinimo įmagnetinimas. H ea ir H ha atitinkamai reiškia plokštumos ir plokštumos anizotropijos laukus. Kadangi H ea ≪ H ha, dribsnių dalelių pralaidumas būtų didesnis nei netaisyklingos formos, tai atitinka mūsų rezultatus. Be to, padidinant 38, 39 paviršiaus plotą, gali pagerėti magnetinių momentų mainų jungimosi reakcija tarp dalelių, o tai taip pat naudinga padidinus frezuotų FeSiAl lydinių pralaidumą.

Tarp neapdorotų ir sumaltų FeSiAl lydinių santykinai didesnės FeSiAl-8 mėginio ε ′ ir μ ″ vertės rodo didesnius dielektrinius nuostolius ir magnetinius nuostolius, kurie prisideda prie stipriausių mikrobangų absorbcijos galimybių.

Tikėtina, kad sumaišius MWCNT su FeSiAl-8 lydiniu, tolesnis mikrobangų absorbcijos efektyvumo padidėjimas bus susijęs su MWCNT ir FeSiAl lydinių sinergetiniu poveikiu. Dėl nedidelio priklausomybės MWCNT kiekių FeSiAl / MWCNT kompozicijose, MWCNT įtraukimas nedaro įtakos kompozitų pralaidumui matavimo paklaidos atžvilgiu, kaip parodyta 8 pav. (A, b). Tačiau FeSiAl / MWCNT kompozitų leistinumas yra akivaizdžiai padidėjęs, palyginti su gryno FeSiAl-8 pavyzdžiu. 8 (c, d) paveiksle pavaizduoti sudėtingi FeSiAl / MWCNT kompozitų, turinčių skirtingą MWCNT kiekį, leistinumai. FeSiAl-8 lydinio ε ′ ir ε ′ ′ svyruoja atitinkamai 6, 5–8, 1 ir 0, 2–1, 7. Sumaišius su 2 masės% MWCNT, kompozito ε vertė padidėja iki 10, 1–11, 8, o vidutinė ε ′ vertė padidėja iki 1, 3. Kai MWCNT masės procentas padidėja iki 10 masės%, maksimalios ε ′ ir ε ′ ′ reikšmės žymiai padidėja iki atitinkamai 48, 2 ir 20, 8 (esant 2 GHz dažniui), kurios yra kelis kartus didesnės nei kitų mėginių. Tuo tarpu FeSiAl / MWCNT kompozitų ε ′ kreivės rodo daugiau rezonansinių smailių, palyginti su FeSiAl-8 mėginiu. Pagal pirmiau minėtą 3 lygtį, pralaidumo kitimas, kurį sukelia pridėjus MWCNT, gali būti paaiškintas taip. Pirma, pridėjus MWCNT, padidėja kompozito laidumas ir sukuriami papildomi laidumo keliai elektronų šuoliams ir migracijai, kaip parodyta 9 pav. (A), o tai padidina laidumo nuostolius. Antra, pridėjus MWCNT, atsiranda daugiau poliarizacijos atsipalaidavimų, kuriuos patvirtina padidėjęs rezonansinių smailių skaičius ε ′ kreivėse. Debye dipolinės poliarizacijos relaksaciją galima įvertinti pagal Cole-Cole grafiką, išreikštą 40, 41,

Image

Visas dydis

Image

Visas dydis

Image

Taigi ε ′ ′, palyginti su ε ′, diagrama būtų vienas puslankis, vaizduojantis vieną Debye relaksacijos procesą. Kaip parodyta 10 pav. (A), neapdorotame FeSiAl-8 lydinyje randami du akivaizdūs Cole-Cole puslankiai, kurie rodo, kad yra du Debye relaksacijos procesai. Sumaišius su MWCNT, 10 pav. (B, c) 42 aiškiai pastebimi keli FeSiAl / MWCNT kompozitų puslankiai. Į daugybinius „Debye“ relaksacijos procesus įeina dipolio atsipalaidavimas, susijęs su paviršiaus funkcinėmis grupėmis ir MWCNT defektais (9 pav. (C)) 43, 44, ir dipolių relaksacija sąsajose, ty FeSiAl-FeSiAl, MWCNT-FeSiAl, FeSiAl-parafinas ir MWCNT-parafino sąsajos. Padidėjęs dipolio poliarizacijos atsipalaidavimas FeSiAl / MWCNT kompozicijose žymiai padidina poliarizacijos nuostolius. Apibendrinant galima teigti, kad padidėjęs laidumo ir poliarizacijos nuostoliai rodo FeSiAl / MWCNT kompozitų ε ′ padidėjimą.

Image

( A ) FeSiAl-8, ( b ) FeSiAl / MWCNT kompozito (2 masės% MWCNT), c ) FeSiAl / MWCNT kreivės (10 masės% MWCNT) kreivės.

Visas dydis

Palyginti su FeSiAl-8 pavyzdžiu, didesnis FeSiAl / MWCNT kompozito ε ′ rodo didesnius bendruosius nuostolius (magnetinius nuostolius + dielektrinius nuostolius), kurie turėtų paskatinti stipresnę mikrobangų slopinimo galimybę. Tačiau, kaip pastebėta 6 pav. (B), tik „FeSiAl / MWCNT“ kompozitas, turintis vidutinį MWCNT kiekį (2 masės%), pasižymi pagerinta mikrobangų sugeriamąja savybe, o kompozitas, kurio sudėtyje yra per daug MWCNT (10 masės%), turi daug. prastesnės absorbcijos galimybės. Norint paaiškinti šį reiškinį, reikia atsižvelgti į varžos atitikimą, kuris yra dar vienas svarbus veiksnys nustatant mikrobangų krosnelę sugeriančią savybę. Yra žinoma, kad geras impedanso suderinimas, kuriam reikalinga pusiausvyra tarp pralaidumo ir pralaidumo, yra būtina sąlyga, kad EM banga patektų į absorberį. FeSiAl-8 ir FeSiAl / MWCNTs varžos atitikimo laipsnį ∆ galima apskaičiuoti pagal šias 45, 46 lygtis:

Image
Image
Image
Image

11 paveiksle pavaizduotas FeSiAl-8 lydinio ir FeSiAl / MWCNTs kompozitų varžos atitikimo laipsnis, kai sluoksnio storis yra 2 mm. Kompozicijos FeSiAl / MWCNT (10 masės%) value reikšmė buvo daug didesnė už 1, 0, o tai reiškia, kad varža yra menka. Tokiu atveju stiprus EM bangos atspindys absorberio paviršiuje apribotų elektromagnetinių bangų absorbciją absorberio viduje.

Image

Visas dydis

Iš aukščiau pateiktos analizės galime daryti išvadą, kad geras varžos suderinimas ir stipri EM bangos slopinimo galimybė prisideda prie puikių FeSiAl / MWCNT (2 masės%) kompozito mikrobangų absorbcijos savybių. Pirma, kompozito leistinumo ir pralaidumo pusiausvyra gali užtikrinti, kad kritimo bangos kuo labiau patektų į absorberį. Antra, stiprus magnetinis nuostolis ir padidėjęs dielektrinis nuostolis prisideda prie stipraus mikrobangų slopinimo (kaip parodyta 9 pav. (B, c)). Trečia, MWCNT ir FeSiAl lakštų sukurti 3D laidūs keliai elektronų šuoliams ir migracijai gali paversti kritusią bangą šiluma ar kitomis energijos formomis (kaip parodyta 9 pav. (A, d)) 43 . Be to, ploni FeSiAl lakštai, turintys didelį vaizdo santykį, gali padidinti kritusių bangų sklidimo kelią mėginio viduje, daugybiniu išsibarstymu ir atspindžiu, kaip parodyta 9 pav. (E).

Išvados

Serija FeSiAl lydinio / MWCNT kompozicijų buvo pagaminta rutulinio malimo metodu, derinant morfologiją, FeSiAl lydinio kraštinių santykį ir įvairius MWCNT kiekius kompozicijoje. Kompozito magnetiniai nuostoliai labai priklauso nuo FeSiAl komponento morfologijos ir struktūros ypatybių. Pasirinkus optimalų rutulio frezavimo laiką, kompozitas pasižymi didele magnetinių nuostolių verte dėl padidėjusio anizotropijos lauko. Be to, kompozito dielektriniai nuostoliai buvo patobulinti sureguliavus papildomą MWCNT kiekį, nes padidėjo tarpfazinės poliarizacijos, dipolinės poliarizacijos ir padidėjo laidžios trajektorijos. Po 8 val. Frezavimo rutuliu, FeSiAl / MWCNT kompozicijoje, turinčiame 2 masės% MWCNT, esant labai plonam 1, 9 mm storio dangčiui, buvo gauta mažiausia RL vertė –42, 8 dB, esant 12, 3 GHz. Dėl puikių mikrobangų absorbcijos savybių, taip pat ir dėl lengvo pagaminimo metodo, FeSiAl / MWCNT sudėtingas panaudojimas yra naudingas tiek karinėje, tiek civilinėje srityje.

Komentarai

Pateikdami komentarą jūs sutinkate laikytis mūsų taisyklių ir bendruomenės gairių. Jei pastebite ką nors įžeidžiančio ar neatitinkančio mūsų taisyklių ar gairių, pažymėkite, kad tai netinkama.