付烏有曹靜李伊荇楊海濱

類(lèi)花狀ZnO-CoFe2O4復(fù)合納米管束的制備及其電磁波吸收特性*

付烏有曹靜 李伊荇 楊海濱

(吉林大學(xué)超硬材料國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，長(zhǎng)春130012)
(2010年6月9日收到;2010年10月13日收到修改稿)

在90℃水溶液中采用兩步晶體生長(zhǎng)法制備出類(lèi)花狀ZnO-CoFe2O4復(fù)合納米管束．ZnO納米管束的管壁厚度大約為60 nm，管的直徑大約為350 nm，CoFe2O4納米顆粒連續(xù)包覆在ZnO納米管束的表面，CoFe2O4納米顆粒尺寸小于40 nm，殼層厚度隨著CoFe2O4在ZnO-CoFe2O4復(fù)合納米管束中相對(duì)含量的增加而增加．分別以CoFe2O4納米顆粒、ZnO-CoFe2O4復(fù)合納米管束及類(lèi)花狀ZnO納米管束作為吸收劑、酚醛樹(shù)脂為粘接劑研究了它們的微波吸收性能，結(jié)果表明ZnO-CoFe2O4納米復(fù)合材料微波吸收性能優(yōu)于純相的CoFe2O4納米顆粒和類(lèi)花狀ZnO，當(dāng)ZnO含量占總含量60%時(shí)微波吸收效果最佳，最大反射損失達(dá)到28 dB．

類(lèi)花狀，ZnO-CoFe2O4，納米管束，微波吸收劑

PACS:75.75.Fk，78.40.Fy，81.07.De，84.40.－x

1.引言

隨著科學(xué)技術(shù)與現(xiàn)代社會(huì)的發(fā)展，由于大范圍高密度地應(yīng)用電磁產(chǎn)品(例如移動(dòng)電話(huà)、局域網(wǎng)、雷達(dá)系統(tǒng)等)［1—3］，因而電磁干擾問(wèn)題日益凸顯．微波吸收材料已經(jīng)不僅僅應(yīng)用在傳統(tǒng)的秘密軍事行動(dòng)中，它還應(yīng)用在我們現(xiàn)代社會(huì)生活的方方面面．基于這些原因，對(duì)于發(fā)展經(jīng)濟(jì)節(jié)約、微波吸收范圍寬、吸收強(qiáng)度高的微波吸收劑的要求越來(lái)越強(qiáng)烈．在過(guò)去的幾十年中，人們研究了大量的具有高磁損失的磁性材料［4—6］．軟磁性材料CoFe2O4具有較高的飽和磁化強(qiáng)度和斯諾克(Snoek)極限，使得CoFe2O4在很寬的頻率范圍內(nèi)具有很高的復(fù)磁導(dǎo)率．這一因素使CoFe2O4被頻繁應(yīng)用在高頻段微波吸收中［7］．然而，鐵磁體CoFe2O4的密度較大，限制了其在輕型微波吸收劑中的應(yīng)用［8］．

Zn O是優(yōu)良的半導(dǎo)體材料，三維結(jié)構(gòu)的四針狀ZnO具有良好的電磁波吸收性能［9，10］．大量制作納米級(jí)的ZnO非常容易實(shí)現(xiàn)并且其制造過(guò)程費(fèi)用較低，所以ZnO是作為微波吸收材料的最佳選擇．有文獻(xiàn)報(bào)道用各種不同方法制備不同形貌的ZnO納米材料［11—17］．與其他結(jié)構(gòu)相比較，管狀ZnO具有多孔性，微波容易在三維多孔結(jié)構(gòu)中得到多次吸收和多次反射，這就為優(yōu)化微波吸收效果提供了可能性．到目前為止，尚未見(jiàn)有類(lèi)花狀ZnO-CoFe2O4復(fù)合納米管束材料及其相關(guān)性質(zhì)的報(bào)道．

本文采用液相法制備出類(lèi)花狀ZnO-CoFe2O4納米復(fù)合材料，并分別以Zn O，ZnO-CoFe2O4和CoFe2O4作為吸收劑，用酚醛樹(shù)脂作粘接劑制備吸波涂層，研究不同含量的Zn O-CoFe2O4涂層對(duì)吸收性能的影響．

2.實(shí)驗(yàn)

2.1.類(lèi)花狀ZnO-CoFe2O4復(fù)合納米管束的制備

制備類(lèi)花狀Zn O-CoFe2O4納米顆粒復(fù)合材料包括兩個(gè)步驟，第一步是制作類(lèi)花狀ZnO，典型的實(shí)驗(yàn)過(guò)程如下:首先，將100 ml濃度為0.1 mol/L的硝酸鋅水溶液與100 ml濃度為0.1 mol/L的六次甲基四胺水溶液充分混合并攪拌5 min，將其移至500 ml的三頸瓶中加熱24 h，保持溫度90℃．將得到的白色物質(zhì)經(jīng)離心、清洗、干燥后得到的樣品即為類(lèi)花狀ZnO．第二步是采用共沉淀法制備ZnO-CoFe2O4納米復(fù)合材料．配置0.005 mol/L硝酸鐵水溶液和0.0025 mol/L硝酸鈷水溶液并將其二者混合攪拌5 min，放入0.9 g Zn O并攪拌1 h．此攪拌過(guò)程可使鐵離子與鈷離子充分吸附在ZnO表面，形成牢固的保護(hù)層，防止ZnO在堿性環(huán)境中被腐蝕．將100 ml一定濃度的氫氧化鈉溶液加熱至90℃，保持恒溫，然后用滴液漏斗將混合物勻速、緩慢地滴加到熱的氫氧化鈉溶液中，期間伴隨著不斷攪拌．隨著混合物的滴加，不斷有沉淀生成．混合液滴加完成后繼續(xù)攪拌2 h使反應(yīng)充分進(jìn)行．得到的沉淀物經(jīng)過(guò)離心、清洗、干燥即為類(lèi)花狀ZnO-CoFe2O4納米顆粒復(fù)合材料．按照Z(yǔ)n O與復(fù)合材料總重量比依次為40%，60%，80%的比例制得納米復(fù)合材料，分別記做ZC1，ZC2和ZC3．

2.2.電磁波測(cè)試板的制備

首先，將一定量的熱固性酚醛樹(shù)脂研磨成細(xì)粉，分散在無(wú)水乙醇中超聲，制成酚醛樹(shù)脂-乙醇混合物，將適量的ZC1，ZC2和ZC3樣品均勻分散在上述混合物中，其中吸收劑與酚醛樹(shù)脂的質(zhì)量比為1∶3，并均勻涂覆在尺寸為200 mm×200 mm的正方形鐵板表面，涂覆層的厚度均為1.5 mm．在80℃下固化24 h得到編號(hào)為2，3，4的微波吸收測(cè)試板．取CoFe2O4納米顆粒與類(lèi)花狀Zn O納米管束，分別按重量比為1∶3的比例與酚醛樹(shù)脂混合均勻并分散在無(wú)水乙醇中，按照上述方法將其涂覆在200 mm× 200 mm的正方形鐵板表面，涂覆厚度仍然是1.5 mm得到1號(hào)和5號(hào)測(cè)試樣板．

3.結(jié)果與討論

3.1.類(lèi)花狀ZnO-CoFe2O4納米復(fù)合材料X射線(xiàn)衍射譜分析

圖1是Zn O，CoFe2O4以及類(lèi)花狀ZnO-CoFe2O4納米復(fù)合材料的X射線(xiàn)衍射(XRD)譜．在圖1類(lèi)花狀ZnO-CoFe2O4納米復(fù)合材料譜線(xiàn)中，位于31.8°，34.45°，36.35°的3個(gè)衍射峰都來(lái)自ZnO(JCPDS 79-0205)．沒(méi)有其他晶形峰出現(xiàn)，這充分證明了類(lèi)花狀ZnO具有完美的結(jié)晶純度．在圖1CoFe2O4納米顆粒譜線(xiàn)中，出現(xiàn)在30.25°，35.55°，43.40°，57.15°以及62.75°位置的衍射峰都屬于CoFe2O4(JCPDS 22-1086)納米顆粒，所有的衍射峰都屬于典型的尖晶石結(jié)構(gòu)的CoFe2O4．在圖1 ZnO納米管束譜線(xiàn)中，我們能清楚地看到分別屬于ZnO和CoFe2O4的衍射峰出現(xiàn)，并且盡管兩個(gè)位置35.55°(CoFe2O4主峰)與36.35°(ZnO主峰)非常接近，仍然能清晰地看到兩個(gè)峰的存在．此外，除了ZnO與CoFe2O4，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)其他晶形峰的出現(xiàn)．圖1譜線(xiàn)是ZnO/CoFe2O4復(fù)合材料的XRD譜，其中ZnO的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為20%，40%，60%，80%．我們可以看到，當(dāng)ZnO含量為40%和60%時(shí)，分別屬于ZnO與CoFe2O4的峰都清晰可見(jiàn)．當(dāng)ZnO的質(zhì)量分?jǐn)?shù)是80%，屬于CoFe2O4的峰不明顯，這是由于CoFe2O4的含量相對(duì)過(guò)低，但是我們?nèi)匀豢梢员鎰e出屬于CoFe2O4的峰(位于35.55°和43.40°)的出現(xiàn)．同樣，當(dāng)ZnO的質(zhì)量分?jǐn)?shù)是20%，由于ZnO的含量相對(duì)較低，屬于ZnO的衍射峰并不明顯，但是，我們?nèi)匀挥^察到位于31.8°和47.67°衍射峰(屬于ZnO的衍射峰)的出現(xiàn)．另外在35.55°，57.15°以及62.75°位置的衍射峰出現(xiàn)了明顯的寬化現(xiàn)象，這是因?yàn)樵谶@些位置ZnO與CoFe2O4都存在衍射峰并且彼此非常接近．從上述的實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析中可以得出，ZnO表面包覆著尖晶石結(jié)構(gòu)的CoFe2O4納米顆粒．

圖1 樣品的XRD譜(a)ZnO納米管束、CoFe2O4納米顆粒、類(lèi)花狀ZnO-CoFe2O4納米復(fù)合材料;(b)ZnO/CoFe2O4復(fù)合材料，其中Zn O的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別是20%，40%，60%，80%

3.2.類(lèi)花狀ZnO-Co Fe2O4納米復(fù)合材料形貌分析

圖2是用JEOL JEM-6700 F型場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡(FESEM)對(duì)樣品進(jìn)行觀測(cè)得到的照片．從圖2(a)可知，利用化學(xué)液相法在90℃低溫下制備的ZnO的形貌均一，都呈類(lèi)花狀．在圖2(b)和(c)放大掃描電子顯微鏡(SEM)圖中可以清楚地看到ZnO納米管束與ZnO-CoFe2O4納米復(fù)合材料的形貌細(xì)節(jié)．從圖2(b)可以看到ZnO納米管束的管壁厚度大約為60 nm，管的內(nèi)壁直徑大約為350 nm，并且外部管壁具有明顯的棱角，這是因?yàn)閆nO是六角形結(jié)構(gòu)．與圖2(b)相比，從圖2(c)中可以看出，Zn O納米管的長(zhǎng)度并沒(méi)有顯著的變化，管狀結(jié)構(gòu)依然存在，但是外管壁的六棱角消失了，并且其上存在一層小顆粒，這表明Zn O納米管已經(jīng)被CoFe2O4顆粒完全包覆，CoFe2O4納米顆粒的尺寸小于40 nm(圖2(d))，而且CoFe2O4包覆層均勻連續(xù)．

圖3是ZnO-CoFe2O4復(fù)合材料的局部放大圖．從圖3可以看到隨著CoFe2O4的質(zhì)量分?jǐn)?shù)從40%增加到80%，包覆層厚度顯著提高．盡管CoFe2O4納米顆粒的包覆層厚度增加，但是其包覆保持連續(xù)、均一，并未出現(xiàn)明顯團(tuán)聚現(xiàn)象．而且與圖2(b)相比，無(wú)論Zn O的含量多少，其包覆后的管狀結(jié)構(gòu)都不會(huì)被破壞．

圖2 SEM圖(a)類(lèi)花狀ZnO納米管束;(b)(a)圖的局部放大;(c)ZnO-CoFe2O4納米復(fù)合材料;(d)(c)圖中箭頭所指部位的放大

圖3 ZnO-CoFe2O4復(fù)合材料的局部放大圖(a)ZnO的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為80%;(b)ZnO的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為60%;(c)ZnO的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為40%

圖4 是類(lèi)花狀ZnO-CoFe2O4納米復(fù)合材料的透射電子顯微鏡(TEM)照片．由圖4可以清楚地看到，CoFe2O4包覆在ZnO表面并形成一薄包覆層(平均厚度是100 nm)，此包覆層連續(xù)均勻．從圖4還可以看出，CoFe2O4緊密的包覆在ZnO表面，在ZnO與CoFe2O4形成的核殼結(jié)構(gòu)中沒(méi)有出現(xiàn)明顯的裂縫或是空隙．這一結(jié)果與樣品的SEM結(jié)果符合很好．

圖4 類(lèi)花狀ZnO-CoFe2O4納米復(fù)合材料的TEM圖

3.3.ZnO-CoFe2O4復(fù)合材料磁性分析

圖5給出了具有不同殼層厚度的ZnO-CoFe2O4納米復(fù)合材料和單一CoFe2O4納米顆粒的磁滯回線(xiàn)．對(duì)于CoFe2O4納米顆粒，其飽和磁化強(qiáng)度Ms、剩余磁化強(qiáng)度Mr、矯頑力Hc分別是Ms=63.0 Am2/kg，Mr=10.0 Am2/kg，Hc=193.0×104/4πA·m－1，對(duì)于類(lèi)花狀ZnO-CoFe2O4納米復(fù)合材料也觀察到相似的磁學(xué)性質(zhì)．然而，ZnO-CoFe2O4納米復(fù)合材料的飽和磁化強(qiáng)度隨著CoFe2O4含量的減少而明顯降低，當(dāng)復(fù)合材料中CoFe2O4的含量為40%時(shí)，復(fù)合材料的飽和磁化強(qiáng)度下降到27.0 Am2/kg，這主要是由于復(fù)合材料中存在無(wú)磁性的ZnO，進(jìn)而降低了其飽和磁化強(qiáng)度．

圖5 CoFe2O4納米顆粒與類(lèi)花狀ZnO-CoFe2O4Hc(Oe)納米復(fù)合材料的磁滯回線(xiàn)ZnO質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別是0，40%，60%，80%

4.微波吸收測(cè)試結(jié)果與分析

4.1.ZnO-CoFe2O4復(fù)合材料微波吸收特性分析

圖6是對(duì)樣品用雷達(dá)吸收材料(RAM)反射遠(yuǎn)場(chǎng)雷達(dá)截面(RCS)測(cè)量法測(cè)定的反射率譜．1號(hào)測(cè)試板是CoFe2O4納米顆粒作為吸收劑，2—4號(hào)測(cè)試板吸收劑是ZnO-CoFe2O4復(fù)合材料，其中ZnO質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別是40%，60%，80%，并被標(biāo)記為ZC1，ZC2，ZC3．5號(hào)測(cè)試板是ZnO作為吸收劑．由圖6可知，ZnO納米管束和CoFe2O4納米顆粒的反射損失在2—18 GHz范圍內(nèi)均超過(guò)2 d B．從圖6可以看出，涂層厚度為1.5 mm，吸收劑為純的ZnO納米管束時(shí)，在低頻段即4.6—9.2 GHz范圍內(nèi)測(cè)得的反射損失大于5 d B，在7.2 GHz處出現(xiàn)峰值為10.5 dB．吸收劑為CoFe2O4納米顆粒時(shí)，在7.2—15.1 GHz的大范圍內(nèi)反射損失均超過(guò)5 dB，在11.9 GHz達(dá)到峰值(8.3 dB)．以類(lèi)花狀ZnO-CoFe2O4納米復(fù)合材料作為吸收劑時(shí)，微波吸收強(qiáng)度明顯增強(qiáng)并且吸收帶大幅度寬化，即在更寬的頻率范圍內(nèi)具有更強(qiáng)的吸收能力．從圖6還可以看到，以樣品ZC1為吸收劑時(shí)，頻率在5.9—11.5 GHz范圍內(nèi)，對(duì)微波的吸收均在10 dB以上，在9.0 GHz處出現(xiàn)反射損失峰值為17.2 dB．以ZC2為吸收劑時(shí)，頻率在4.1—13.2 GHz的大范圍內(nèi)其微波吸收值均超過(guò)10 dB，在8.5 GHz附近出現(xiàn)反射損失峰值為28.3 dB．以ZC3為吸收劑時(shí)，頻率在4.9—10.6 GHz范圍內(nèi)，對(duì)微波吸收均在10 dB以上，在7.9 GHz附近出現(xiàn)反射損失峰值為20.6 dB．從上述測(cè)試結(jié)果可得出，類(lèi)花狀ZnO-CoFe2O4納米復(fù)合材料作為吸收劑微波吸收性能均明顯優(yōu)于單純的介電材料ZnO或磁性材料CoFe2O4納米顆粒，并且微波吸收性能隨著ZnO與CoFe2O4含量不同而改變，復(fù)合材料ZC2的微波吸收性能為最優(yōu)．從微波吸收頻率寬度看，類(lèi)花狀Zn O-CoFe2O4納米復(fù)合材料作為吸收劑的微波吸收頻率寬度是單純的類(lèi)花狀ZnO納米管束作為吸收劑的頻率寬度的3倍左右．類(lèi)花狀ZnO-CoFe2O4納米復(fù)合材料對(duì)于微波的吸收性能無(wú)論是吸收強(qiáng)度還是吸收頻率寬度都顯著優(yōu)于單一的介電材料ZnO和單一的磁性材料CoFe2O4，這是因?yàn)轭?lèi)花狀ZnO納米管束具有獨(dú)特的三維結(jié)構(gòu)，容易在涂層中形成導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)．當(dāng)電磁波到達(dá)吸波涂層時(shí)，類(lèi)花狀Zn O納米管束起到了導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)的作用，這些無(wú)數(shù)的導(dǎo)電網(wǎng)使電磁波能量感應(yīng)成耗散電流能量，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)電磁波能量的吸收．另一方面，類(lèi)花狀ZnO納米管束具有三維結(jié)構(gòu)，將其分散在基體中能起到骨架作用，提高吸收劑在基體中的分散性．另外，我們從測(cè)試結(jié)果也可看出，復(fù)合材料中的Zn O的質(zhì)量分?jǐn)?shù)由0上升到60%的過(guò)程中，材料對(duì)微波的吸收強(qiáng)度不斷增大，吸收頻率范圍也不斷加寬，當(dāng)Zn O的質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過(guò)60%，達(dá)到80%時(shí)，其吸收強(qiáng)度降低，吸收頻率寬度也減少．這主要是由于復(fù)合材料的介電特性以及磁性能存在協(xié)調(diào)統(tǒng)一性．當(dāng)Zn O的質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過(guò)60%復(fù)合材料的介電以及磁性彼此優(yōu)化匹配，因此微波吸收性質(zhì)達(dá)到最好．當(dāng)Zn O的質(zhì)量分?jǐn)?shù)降到40%時(shí)，其最大微波反射損失降到17.2 dB，這可能是由于當(dāng)CoFe2O4的含量超過(guò)一定值時(shí)，復(fù)合材料的介電性質(zhì)惡化．反之，當(dāng)Zn O的質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到80%時(shí)，其最大微波反射損失降到20.6 dB、這是由于當(dāng)Zn O的質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過(guò)一定值時(shí)，復(fù)合材料的磁性能惡化．因此，當(dāng)復(fù)合材料中ZnO與CoFe2O4存在一確定的比例時(shí)，微波吸收效果將達(dá)到最好．微波吸收效果的顯著提高根源在于類(lèi)花狀ZnO納米管束與CoFe2O4納米顆粒的結(jié)合．即反射損失最大值的不同是類(lèi)花狀ZnO-CoFe2O4納米復(fù)合材料的磁晶各向異性以及結(jié)構(gòu)各向異性共同作用的結(jié)果．

圖6 對(duì)樣品用RAM反射率遠(yuǎn)場(chǎng)RCS測(cè)量法測(cè)定的反射率譜

4.2.復(fù)介電常數(shù)與磁導(dǎo)率測(cè)量結(jié)果及分析

為了研究微波吸收效果顯著提高的機(jī)理，我們測(cè)量了樣品的復(fù)介電常數(shù)及磁導(dǎo)率．圖7分別是樣品CoFe2O4-酚醛樹(shù)脂膠接劑合成物、ZnO-CoFe2O4納米復(fù)合材料(ZnO質(zhì)量分?jǐn)?shù)為40%，60%，80%，100%)-酚醛樹(shù)脂膠接劑合成物的復(fù)介電常數(shù)以及復(fù)磁導(dǎo)率的實(shí)部與虛部分別對(duì)應(yīng)圖中曲線(xiàn)1，2，3，4，5．由圖7(a)和(b)可知，樣品的復(fù)介電常數(shù)實(shí)部ε'在2—18 GHz范圍內(nèi)幾乎保持不變，而其數(shù)值隨著ZnO含量增加而增加．與CoFe2O4相比較，Zn O具有更高的復(fù)介電常數(shù)實(shí)部，所以ZnO的存在會(huì)導(dǎo)致ε'的增加．與CoFe2O4相比較，類(lèi)花狀Zn OCoFe2O4(Zn O質(zhì)量分?jǐn)?shù)為40%，60%，80%，100%)-酚醛樹(shù)脂膠接劑合成物復(fù)介電常數(shù)的虛部在9.1，8.4，7.9和7.1 GHz處存在小的諧振峰值．我們分析了類(lèi)花狀ZnO-CoFe2O4(ZnO質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0，40%，60%，80%，100%)-酚醛樹(shù)脂膠接劑合成物的復(fù)介電常數(shù)實(shí)部以及虛部隨頻率變化的機(jī)理．

圖7 樣品CoFe2O4-酚醛樹(shù)脂膠接劑合成物、ZnO-CoFe2O4納米復(fù)合材料-酚醛樹(shù)脂膠接劑合成物的復(fù)介電常數(shù)及復(fù)磁導(dǎo)率的實(shí)部和虛部隨頻率的變化(a)復(fù)介電常數(shù)實(shí)部ε';(b)復(fù)介電常數(shù)虛部ε″;(c)復(fù)磁導(dǎo)率的實(shí)部μ';(d)復(fù)磁導(dǎo)率的虛部μ″

首先，文獻(xiàn)［18，19］報(bào)道，界面性質(zhì)在介電效應(yīng)中具有決定性作用．ZnO是非傳導(dǎo)性的材料;主要的極化偏振以及相對(duì)弛豫現(xiàn)象組成了損失機(jī)理．非傳導(dǎo)性納米管具有磁性納米顆粒包覆層的復(fù)合材料，其非傳導(dǎo)性界面以及在此界面上存在大量極化電荷使介電弛豫現(xiàn)象更加復(fù)雜化．其次，由于Zn O納米管束/CoFe2O4納米復(fù)合材料是兩種材料體系組合到一起，界面的極化以及介電弛豫在這種特殊的兩材料體系中對(duì)反射損失機(jī)理的影響將更加明顯．圖7(c)和(d)是復(fù)磁導(dǎo)率的實(shí)部μ'與虛部μ″．無(wú)論是復(fù)磁導(dǎo)率的實(shí)部還是虛部，ZnO-CoFe2O4復(fù)合材料都比CoFe2O4納米顆粒低．這種現(xiàn)象可能是由于非磁性聚合體存在于磁性顆粒之間削弱了磁性顆粒間的磁相互作用．我們發(fā)現(xiàn)在2—18 GHz頻率范圍內(nèi)隨著CoFe2O4納米顆粒含量的增加，μ″急劇增加．根據(jù)Vander Zaag的理論，鐵酸鹽的磁耗損包括滯后損失、渦電流損失、剩磁損失、鐵磁體共振損失以及界面損失．在我們的研究中，ZnO納米管束/ CoFe2O4納米復(fù)合材料電導(dǎo)率的增加是由于此納米復(fù)合材料是磁性半導(dǎo)體，其具有很高的μ″．以金屬板為微波吸收基底的Zin，其規(guī)格化的運(yùn)算公式為Zin=(μr/εr)1/2tanh［j(2π/c)(μ/εr)1/2fd］．其中μr和εr是復(fù)合材料的相對(duì)磁導(dǎo)率和介電常數(shù)，c是電磁波的速率，f是電磁波的工作頻率，d是吸收劑的厚度．因此與Zin相關(guān)的反射損失計(jì)算公式為［20］20 lg Zin－1/Zin+1．根據(jù)數(shù)學(xué)函數(shù)tanh［j(2π/c) (μ/εr)1/2fd］，當(dāng)磁性與介電性質(zhì)相匹配時(shí)微波吸收強(qiáng)度會(huì)明顯提高．在ZnO納米管的介電耗散效果與CoFe2O4納米顆粒磁耗散效果的結(jié)合下，當(dāng)CoFe2O4的含量為40%時(shí)，類(lèi)花狀ZnO-CoFe2O4納米復(fù)合材料-酚醛樹(shù)脂膠接劑合成物具有最大的微波吸收性．

5.結(jié)論

研究了類(lèi)花狀Zn O-CoFe2O4納米復(fù)合材料的制備工藝，其中作為核結(jié)構(gòu)的Zn O納米管束是通過(guò)水浴合成方法在90℃低溫下合成的，而殼結(jié)構(gòu)的CoFe2O4納米顆粒是在低溫下沒(méi)有用任何催化劑、模板或是基底制成的．我們測(cè)量了CoFe2O4納米顆粒、類(lèi)花狀ZnO-CoFe2O4納米復(fù)合材料、ZnO納米管束的微波吸收性質(zhì)，結(jié)果顯示類(lèi)花狀ZnO-CoFe2O4納米復(fù)合材料具有卓越的微波吸收性能．用類(lèi)花狀ZnO-CoFe2O4納米復(fù)合材料作為微波吸收劑，微波吸收強(qiáng)度高達(dá)28 dB．與單純的CoFe2O4納米顆粒做微波吸收劑相比，復(fù)合材料不僅可以大大降低吸收劑的重量，還可以顯著提高微波吸收效果．類(lèi)花狀ZnO-CoFe2O4納米復(fù)合材料有望應(yīng)用于輕型以及強(qiáng)吸收效果的微波吸收劑領(lǐng)域．

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*Project supported by the Doctoral Program Foundation of Institution of Higher Education，China(Grant No．200801831006)．

E-mail:fuwy@jlu．edu．cn

Preparation and electromagnetic wave absorption of flower-like ZnO-CoFe2O4nanotube bundles composites*

Fu Wu-YouCao Jing Li Yi-Xing Yang Hai-Bin
(State Key Laboratory of Superhard Materials，Jilin University，Changchun 130012，China)
(Received 9 June 2010;revised manuscript received 13 October 2010)

Flower-like ZnO-CoFe2O4nanotube bundle composites are prepared via two-step crystal growth process in water solution at 90℃，the wall thicknesses of the Zn O nanotubes are all about 60 nm，inner diameters of the tubes are all about 350 nm，Zn O nanotubes have been coated with CoFe2O4nanoparticles，and the sizes of CoFe2O4nanoparticles are below 40 nm．The thic

kness of CoFe2O4coating layer increases with the increase of the content of CoFe2O4in Zn OCoFe2O4composites．By using Flower-like ZnO，flower-like ZnO-CoFe2O4nanotube bundles and CoFe2O4nanoparticles as absorbents，and phenolic resin as the binder，their electromagnetic wave absorption properties are investigated，and the results show that the microwave wave absorbing performance is evidently improved compared with that of ZnO nanotube bundles and CoFe2O4particles．When the content of ZnO is 60%，the maximum reflection loss is 28.3 dB．

flower-like，Zn O-CoFe2O4，nanotube bundles，microwave absorbent

*高等學(xué)校博士學(xué)科點(diǎn)專(zhuān)項(xiàng)科研基金(批準(zhǔn)號(hào):200801831006)資助的課題．

E-mail:fuwy@jlu．edu．cn