黃亞軍，朱巖巖，靖輝隆，張 娜，管家虎

(宿州學(xué)院 化學(xué)化工學(xué)院，安徽 宿州 234000)

科技的發(fā)展讓電子產(chǎn)品給人們帶來(lái)便捷，但產(chǎn)生電磁波危害也不容忽視。所以吸波材料的研究和應(yīng)用前景十分廣闊[1-2]。近年來(lái)，納米鎳粉的制備和應(yīng)用十分廣泛[3]。鎳是有良好磁性損耗機(jī)制的過(guò)渡性金屬[4-5],具有寬頻帶、兼容性好[6]、質(zhì)量輕和厚度薄等特點(diǎn)[7]，可作為吸波材料。

在還原劑為鹽酸肼的條件下，以水熱還原法，制備鎳粉。鹽酸肼的氧化產(chǎn)物是氮?dú)?，不?huì)引入雜質(zhì)且成本低[8]。通過(guò)水熱法制得納米顆粒具有尺寸小[9]、比表面積大、量子尺寸效應(yīng)、表面效應(yīng)等特點(diǎn)表現(xiàn)出了很多超出常規(guī)材料的優(yōu)良性[10]。所以本次用鹽酸肼為還原劑，分別在不同溫度和還原劑濃度下制得納米鎳，觀察鎳粉的形貌并測(cè)試其吸波性能。

1 實(shí)驗(yàn)原料、方法及性能測(cè)試

1.1 納米鎳的制備

實(shí)驗(yàn)原料：NiCl2·6H2O，AR；N2H4·2HCl，AR，NaOH，AR，CH3CH2O，AR，PVP(K30)，AR。方法：稱取2.425 g NiCl2·6H2O溶入蒸餾水中，使用超聲清洗儀超聲溶解。再將3.0 g N2H4·2HCl超聲溶解于蒸餾水中，混合上述兩溶液。混合溶液中滴加NaOH溶液，直至pH值到10。將混合溶液轉(zhuǎn)至反應(yīng)釜中，在烘箱中反應(yīng)8 h后用磁分離法收集產(chǎn)物,用蒸餾水、乙醇多次洗滌，放于60℃真空干燥箱中干燥6 h。

1.2 樣品的表征

使用DX-2600X射線衍射儀分析所制得納米Ni粉物相結(jié)構(gòu)，SU1510掃描電鏡掃描納米Ni粉形貌。同軸法在Av3672B-S矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀中測(cè)試樣品的電磁參數(shù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 物相分析

圖1 不同還原劑濃度制備納米鎳粉的XRD圖譜

圖2 不同溫度制備納米鎳粉的XRD圖譜

圖1是還原劑濃度不同情況下制得的納米Ni粉。當(dāng)濃度為0.4 mol/L，0.6 mol/L時(shí)，將制得產(chǎn)物的XRD衍射圖與標(biāo)準(zhǔn)PDF卡片對(duì)比，制備鎳粉為純相面心立方結(jié)構(gòu)(JCPDS NO.04-0850)。當(dāng)還原劑濃度增加，納米Ni粉開(kāi)始結(jié)晶度變好。當(dāng)還原劑濃度為0.3 mol/L時(shí)，制出的鎳粉含有六方晶體結(jié)構(gòu)Ni(OH)2雜質(zhì)。圖2分別是不同反應(yīng)溫度制備所得鎳粉均為純相，在一定范圍內(nèi)，隨著溫度增高，結(jié)晶度變好，顆粒尺寸增大。

2.2 微觀形貌與粒度分析

圖3為還原劑濃度為0.6 mol/L時(shí)，溫度分別為90、120、180℃時(shí)制得的納米Ni粉的SEM圖。制得的鎳粉為球形顆粒。當(dāng)溫度升高，鎳粉顆粒尺寸增長(zhǎng)。鎳粉出現(xiàn)團(tuán)聚現(xiàn)象的原因可能是：一是水熱還原法制備納米Ni表面活性較大，Ni顆粒中存有庫(kù)侖力與范德華力的作用；二是納米Ni粉末的磁性能優(yōu)異，可能導(dǎo)致團(tuán)聚[11]。

圖3 不同還原劑濃度制備納米鎳粉的SEM圖

2.3 電磁參數(shù)與吸波性能分析

圖4為溫度120℃，還原劑濃度0.6 mol/L制得的鎳粉的電磁參數(shù)與頻率的關(guān)系曲線。隨著頻率的慢慢變大，介電虛部開(kāi)始上升，介電實(shí)部開(kāi)始下降，在14.6 GHz有一個(gè)共振峰。可能是納米鎳粉在電磁場(chǎng)中，電偶極子發(fā)生介電弛豫現(xiàn)象。圖5為納米Ni粉的磁導(dǎo)率與電磁波頻率的關(guān)系曲線，隨著頻率增大，磁導(dǎo)率的實(shí)部和虛部整體趨勢(shì)呈下降趨勢(shì)。原因可能是隨著頻率的升高，樣品疇壁發(fā)生了運(yùn)動(dòng)和旋轉(zhuǎn)。

圖4 介電常數(shù)與電磁波頻率的關(guān)系曲線

圖5 磁導(dǎo)率與電磁波頻率的關(guān)系曲線

根據(jù)所得電磁參數(shù)，通過(guò)上述公式計(jì)算畫出反射率與頻率關(guān)系曲線。因?yàn)樾∮?10 dB時(shí)有90%的電磁波被吸收[12]。由圖6可知Ni粉在厚度為1 mm時(shí)吸波性能較差。增加厚度后鎳粉的最強(qiáng)反射峰開(kāi)始向下運(yùn)動(dòng)，并且在厚度為1.8 mm時(shí)吸波性能最好。此時(shí)在12.2 GHz處的最強(qiáng)反射損耗值為-36.7 dB，有效吸收頻率范圍9.8～13.6 GHz。

圖6 納米鎳粉反射率和頻率關(guān)系曲線

3 結(jié)論

(1)通過(guò)水熱還原法制得納米鎳粉，分別對(duì)不同溫度、不同還原劑濃度制得的樣品進(jìn)行表征，對(duì)照后得到制取納米鎳粉的合適溫度為120℃、還原劑濃度為0.6 mol/L，納米鎳粉均為純相面心立方結(jié)構(gòu)。

(2)當(dāng)涂層厚度大于1 mm時(shí)，反射吸收峰開(kāi)始漸漸變小，吸波性能變好。涂層厚度大于1.9 mm后，吸波性能減弱。在厚度為1.8 mm時(shí)，此時(shí)的12.2 GHz處，最強(qiáng)吸收峰為-36.7 dB，頻率在9.8～13.6 GHz時(shí)是有效吸收頻率范圍。