矿物复合材料介电和磁效应研究候选单位 - PolyU

收稿日期:2008209209 基金项目:国家自然科学基金资助项目(10674082) 作者简介:张林(1953-),男,山东省济南市人,研究员,主要从事磁性薄膜方面的研究工作。

文章编号:100328213(2008)0620014202Fe 2ZnSe 纳米复合颗粒膜的制备和磁电阻效应张　林,张昌文,王永娟(山东大学物理学院,济南250100)摘要:采用射频溅射法制备了“纳米铁磁金属颗粒2半导体基体”Fe 2ZnSe 复合颗粒膜,研究了颗粒膜的结构、磁性和磁电阻效应。

实验结果表明,在室温下Fe 2ZnSe 复合颗粒膜中纳米Fe 颗粒表现出超顺磁性,颗粒膜的磁电阻变化率Δρ/ρ0数值达到416%;颗粒膜的磁电阻变化率Δρ/ρ0随温度的变化关系表明Δρ/ρ0数值随温度的下降而增大。

关　键　词:复合颗粒膜;结构;超顺磁性;磁电阻效应中图分类号:TM277 文献标识码:A1　引言纳米复合颗粒膜由于具有独特的微观结构,使复合颗粒膜在磁、电和光学等宏观特性方面表现出许多新颖的特殊效应。

到目前为止,所研究的磁性复合颗粒膜主要为两种类型:即“纳米铁磁金属颗粒2非磁金属基体”复合颗粒膜(如Fe 2Cu ,Co 2Cu 颗粒膜)和“纳米铁磁金属颗粒2非磁绝缘体基体”复合颗粒膜(如Fe 2Al 2O 3,Co 2SiO 2颗粒膜等),而对“纳米铁磁金属颗粒2非磁半导体基体”复合颗粒膜研究不多。

本文利用射频溅射法制备了“铁磁金属颗粒2半导体基体”Fe 2ZnSe 复合颗粒膜,将磁性纳米Fe 颗粒均匀地嵌埋于ZnSe 半导体薄膜基体中,研究了这种新型颗粒膜的纳米磁性和磁电阻效应。

2　实验方法采用射频溅射法制备“纳米铁磁金属颗粒2半导体基体”Fe x (ZnSe )1-x 复合颗粒膜,其中x 为铁的体积分数。

用纯度为9919%的条形Fe 片和ZnSe (纯度为9919%)晶体镶嵌组成溅射用靶,通过改变两者的面积比,即可改变颗粒膜中Fe 的体积分数。

参考答案一、名词解释1.矿物：由地质作用所形成的结晶态的天然化合物或单质，他们具有均匀且相对固定的化学成分和确定的晶体结构；它们在一定的物理化学条件范围内稳定，是组成岩石和矿石的基本单元。

2.接触角：通过三相平衡接触点,固—水与水—气两个界面所包之角（包含水相）称为接触角。

3.富集比：精矿品位对入料品位的比值。

4.筛分分析：将物料样品通过一系列不同筛孔的标准筛，筛分成若干个粒级，求得以重量百分数表示的粒度分布。

5.自由沉降：颗粒在广大空间内的沉降，或颗粒在沉降过程中，不受周围颗粒或容器壁影响的沉降。

6.抑制剂：抑制非目的矿物可浮性的调整剂。

7.等电点：当没有特性吸附，ζ电位等于零时，溶液中定位离子活度的负对数值。

8.粉碎比：被粉碎物料粉碎前的粒度与粉碎产物粒度的比值，以i表示。

9.回收率：精料中有价成分重量含量与给料中有价成分重量含量之比，总的回收率通常以ε表示。

10.梯度匹配：铁磁性钢毛半径a与给料颗粒半径b应有一合适的比值，在此合适比值下，介质丝作用在邻近磁性颗粒上的磁力最大。

11.润湿性：润湿是一种流体从固体表面置换另一种流体的过程，浮选中常将cosθ称为“润湿性。

12.同相凝聚：当粒子的表面电位符号和大小都相同，即y1=y2=y时所产生的凝聚现象。

13.活化剂：促进目的矿物与捕收剂作用的调整剂。

14.零电点：当ψ0为零（或表面净电荷为零）时，溶液中定位离子活度的负对数值。

15.解离度：16.矿石：指能被利用的矿物资源，一般由矿石矿物和脉石矿物两部分组成有用矿物；可以利用的金属或非金属矿物。

17.选料比：选得一吨精料产品所需给料的吨数。

18.筛分效率：实际得到的筛下产物量与入筛物料中所含粒度小于筛孔的物料量的比的百分数。

19.选择性絮凝：在含有两种或多种矿物组分的悬浮液中加入絮凝剂，由于各种矿物对絮凝剂的作用不同，絮凝剂将选择性地吸附于某种矿物组分的粒子表面，促使其絮凝沉降，其余矿物仍保持稳定的分散状态，从而达到分离的目的。

高介电性能聚合物基复合材料研究进展作者：郑博文来源：《科学导报·学术》2020年第72期【摘要】为缓解由全球环境污染，能源短缺和气候变化所带来的巨大挑战，目前人类开发了各种新的能源发电技术，例如太阳能，风能和热能，以更清洁的可再生资源替代化石燃料能源。

但新技术的开发对有效存储，吸收和供电的储能装置提出了更高的要求。

根据储能时间，用于电能存储的商用设备通常分为两类：短期和长期。

通常，电池是长期的，电容器是短期的，电池具有较高的能量密度，但由于电荷载流子的缓慢移动，其功率密度非常低（通常低于500W/kg），目前电池主要用于长时间的充电和长期稳定的能源供应。

不同的是，电容器通常具有高功率密度（电化学超级电容器的功率密度为101～106W/kg，介电电容器的功率密度高达108W/kg），而能量密度较小，通常用于生成脉冲电压或电流，因此限制了电容器的大范围应用。

【关键词】介电常数;损耗因子;聚合物;复合材料;改性处理引言随着电子科技、可再生能源等科技的不断发展，要求储能电容器具有高效率、微型化、易加工等特点，这就对制造其核心部件的高介电材料提出了更高的要求。

聚酰亚胺凭借其优异的绝缘性能、机械性能，出色的热稳定性、溶剂稳定性以及良好的加工性等特征，成为了聚合物基高介电复合材料，特别是在耐高温元器件等方面的优异载体，越来越受到研究者的关注。

1聚合物基复合材料介电纳米复合材料通常是通过将无机/有机填料与聚合物混合制成的，这些填料大致可以分为非导电填料和导电填料。

非导电填料通常由陶瓷材料制成，目前应用较为广泛的铁电陶瓷主要有BaTiO3陶瓷，PbiO3陶瓷和CaCu3Ti4O12陶瓷。

铁电陶瓷具有高介电常数但易碎且介电强度低;导电填料主要有炭黑（CB），碳纳米管（CNT），石墨烯和聚苯胺（PANI）颗粒。

1.1钛酸钡/聚酰亚胺（BaTiO3/PI）复合材料钛酸钡（BaTiO3）是一种强介电材料，具有典型的ABO3钙钛矿型结构，是典型的铁电材料，主要被用于制造铁电电容器、正温度系数（PTC）热敏原件、表面层电容和各种压电器件。

功能高分子学报聚合物介电储能功能高分子学报聚合物介电储能一、介绍功能高分子学报聚合物介电储能是近年来备受关注的一个研究领域。

在当今社会，能源储存和利用一直是一个备受关注的问题，而聚合物介电材料因其良好的电学性能和机械性能，成为研究人员关注的焦点之一。

在本文中，我们将深入探讨功能高分子学报聚合物介电储能的相关概念、关键技术及其发展趋势。

二、功能高分子学报聚合物介电储能的概念聚合物介电材料是一种能够在电场作用下发生极化现象的聚合物材料。

它拥有良好的介电性能，能够在外加电场下储存电能，并可用于电容器、储能器、传感器等领域。

三、聚合物介电储能的关键技术1. 材料设计与合成：功能高分子学报聚合物介电储能的研究需要合成具有优异介电性能的聚合物材料。

材料设计与合成是该领域的关键技术之一。

2. 结构与性能表征：通过对聚合物介电材料的结构与性能进行表征，可以深入了解其介电性能和电学行为，为进一步提高聚合物介电储能性能提供理论基础。

3. 提高介电性能的方法：针对聚合物介电材料的电学性能，研究人员提出了多种提高介电性能的方法，如填充剂改性、界面工程、复合材料等。

四、功能高分子学报聚合物介电储能的发展趋势随着科学技术的不断发展，功能高分子学报聚合物介电储能将会朝着更高性能、更稳定的方向发展。

研究人员还将力求降低成本、提高生产工艺等方面进行突破，推动聚合物介电储能技术在实际应用中的推广和应用。

五、个人观点和总结在我看来，功能高分子学报聚合物介电储能是一个颇具挑战性但又充满潜力的研究领域。

通过不断深入研究和创新，我们有望在能源储存和利用方面取得重大突破，为社会发展做出更大的贡献。

功能高分子学报聚合物介电储能是一个备受关注的研究领域，涉及材料设计与合成、结构与性能表征、提高介电性能的方法等关键技术。

未来，该领域将朝着更高性能、更稳定、更低成本的方向发展。

希望通过我们的不懈努力，功能高分子学报聚合物介电储能的研究能够取得更大的突破，为社会进步和可持续发展做出更大的贡献。

第53卷第2期2024年2月人㊀工㊀晶㊀体㊀学㊀报JOURNAL OF SYNTHETIC CRYSTALS Vol.53㊀No.2February,2024Cu x S y -MoS 2异质结构的介电损耗调控及其高效电磁波吸收蒋㊀肖,李㊀博,何㊀邦,曾小军(景德镇陶瓷大学材料科学与工程学院,景德镇㊀333403)摘要:二硫化钼(MoS 2)因高的比表面积和独特的电子结构在电磁波(EMW)吸收领域备受关注,但其高导电性导致EMW 吸收性能较差㊂为了解决这个问题,本文引入Cu x S y 纳米颗粒,构建一种独特的Cu x S y -MoS 2异质结构,以实现适当的阻抗匹配和衰减能力㊂通过调控Cu x S y 纳米颗粒,达到调节介电损耗能力,以使Cu x S y -MoS 2材料在低㊁中㊁高频率下都能表现出优异的EMW 吸收性能㊂Cu x S y -MoS 2样品在12.68GHz 的频率下,表现出高达-72.77dB 的反射损耗(R L ),而材料的匹配厚度仅为1.99mm,优于大多数金属硫化物异质结构㊂此外,它还具有宽的有效吸收带宽(EAB),在1.73mm 处达到5.1GHz (12.9~18.0GHz)㊂这项工作为设计具有强吸收㊁宽频带和薄厚度的MoS 2基吸波材料提供了新的策略㊂关键词:Cu x S y ;MoS 2;异质结构;介电损耗;电磁波吸收中图分类号:O441.4㊀㊀文献标志码:A ㊀㊀文章编号:1000-985X (2024)02-0276-10Dielectric Loss Regulation and Efficient Electromagnetic Wave Absorption of Cu x S y -MoS 2HeterostructureJIANG Xiao ,LI Bo ,HE Bang ,ZENG Xiaojun(School of Materials Science and Engineering,Jingdezhen Ceramic University,Jingdezhen 333403,China)Abstract :Molybdenum disulfide (MoS 2)has attracted much attention in the field of electromagnetic wave (EMW)absorption due to its high specific surface area and unique electronic structure,but its high conductivity leads to poor EMW absorption performance.To address this issue,this work introduces Cu x S y nanoparticles and constructs a unique Cu x S y -MoS 2heterostructure to achieve appropriate impedance matching and attenuation capabilities.By regulating Cu x S y nanoparticles,the dielectric loss capacity of heterostructure is adjusted.As a result,Cu x S y -MoS 2exhibits excellent EMW absorption performance at low,medium and high frequencies.The Cu x S y -MoS 2heterostructure shows a reflection loss (R L )of -72.77dB at a frequency of 12.68GHz,with a matching thickness of only 1.99mm,surpassing most metal sulfide heterostructures.Moreover,it also exhibits a wide effective absorption bandwidth (EAB),reaching 5.1GHz (12.9~18.0GHz)at 1.73mm.This work provides a new strategy for designing MoS 2-based absorption materials with strong absorption,broadband and thin matching thickness.Key words :Cu x S y ;MoS 2;heterostructure;dielectric loss;electromagnetic wave absorption㊀㊀收稿日期:2023-10-19㊀㊀基金项目:国家自然科学基金(22269010);江西省自然科学基金(20224BAB214021);景德镇市陶瓷产业重大产学研协同攻关和成果转化专项(2023ZDGG002)㊀㊀作者简介:蒋㊀肖(1998 ),男,江西省人,硕士研究生㊂E-mail:jiangxiao7509@ ㊀㊀通信作者:曾小军,博士,教授㊂E-mail:zengxiaojun@ 0㊀引㊀㊀言随着电子设备㊁无线通信设施和第五代网络(5G)的快速发展,电磁污染对电子设备正常运行和人体器官健康构成了严重威胁,引起了广泛关注[1]㊂然而,单一组分材料在电磁波(electromagnetic wave,EMW)吸收性能方面不如复合材料㊂在这一背景下,高效EMW 吸收的复合材料的研究已成为未来的重要方向㊂因㊀第2期蒋㊀肖等:Cu x S y-MoS2异质结构的介电损耗调控及其高效电磁波吸收277㊀此,EMW吸收材料的研究和实际应用正受到越来越多的关注㊂对于新型高性能吸波材料而言, 强吸收㊁薄厚度㊁轻重量㊁宽频带 是其必备特性[2]㊂近年来,纳米材料,如MOF[3]㊁MoS2[4-5]和MXene[6]等,已被证明是理想的EMW吸收材料㊂目前,金属硫化物因高导电性和出色的介电性能,受到广泛关注,特别在EMW吸收领域[7]㊂MoS2由S-Mo-S层结构组成,是硫系吸波材料的代表之一,具有广泛的应用前景㊂然而,由于高表面能和层间范德瓦耳斯力的作用,MoS2纳米片容易重新堆叠和团聚,从而影响性能[8]㊂为了克服这一问题,通常需要将MoS2纳米片组装成三维结构或与其他材料进行复合㊂例如,Zhang等[9]通过组装MoS2纳米片合成了花状的MoS2微球,这种三维结构表现出较好的EMW吸收性能,反射损耗(R L)为-26.11dB,有效吸收带宽(effective absorption bandwidth,EAB)为3.44GHz㊂然而,MoS2吸收材料存在阻抗失配的问题,限制了其EMW吸收性能,从而影响实际应用[10]㊂将MoS2与其他材料,如Si3N4㊁MXene和半导体材料等进行复合,可以提高EMW 吸收性能[11-13]㊂在此背景下,构建异质结构被认为是一种有潜力的策略[14]㊂例如,Li等[15]制备了CoS2/Cu2S 镶嵌N/S共掺杂网状碳质复合材料,该复合材料表现出优异的EMW吸收性能,在频率为5.2GHz处的反射损耗为-51.68dB,匹配厚度为4.5mm,有效吸收带宽为3.84GHz㊂Liu等[16]通过阳离子交换法将Ag2S纳米颗粒负载在CuS纳米片上,制备出具有可调异质界面的CuS/Ag2S复合材料㊂通过改变Ag2S的负载量,获得良好的介电性能,从而改善阻抗匹配㊂在频率为9.28GHz处,反射损耗为-47.2dB,匹配厚度为2.89mm,有效吸收带宽为4.4GHz㊂因此,可以通过复合MoS2和CuS来构建异质结构,调控复合材料的介电常数和磁导率,从而实现优异的阻抗匹配特性和衰减能力,以达到 薄㊁轻㊁宽㊁强 的需求㊂在上述研究背景下,本文开发一种界面调控策略,以改善复合材料的介电损耗性能㊂具体地,先利用水热法合成Cu x S y颗粒,再通过水热工艺将这些颗粒嵌入MoS2纳米花结构中㊂通过该过程构建一种独特的异质结构,有助于提高复合材料的阻抗匹配特性和衰减能力㊂这一研究为设计新型高性能EMW吸收材料提供有力的策略,以满足 强吸收㊁薄厚度㊁轻重量㊁宽带宽 的要求㊂1㊀实㊀㊀验1.1㊀实验原料和制备方法实验药品:四水合钼酸铵((NH4)6Mo7O24㊃4H2O,纯度99%),硫脲(CH4N2S,纯度99%),乙二醇((CH2OH)2,试剂级),一水合乙酸铜(C4H6CuO4㊃H2O,纯度99%)和一水合柠檬酸(C6H8O7㊃H2O,纯度99.8%)均购自国药集团化学试剂有限公司㊂Cu x S y纳米颗粒的制备:将0.1574g C4H6CuO4㊃H2O加入60mL乙二醇,搅拌5min,随后超声处理30min㊂加入0.06g硫脲,搅拌10min㊂最后,将混合溶液转移到容积为100mL的反应釜中,在180ħ下水热反应12h㊂冷却后,用去离子水洗涤数次,然后在真空干燥箱60ħ下干燥12h㊂Cu x S y-MoS2异质结构的制备:将0.3259g硫脲和0.1661g四水合钼酸铵溶解于10mL去离子水,并搅拌30min㊂然后加入0.02g一水合柠檬酸和0.04g Cu x S y纳米颗粒,并搅拌30min㊂最后,将混合溶液转移到容积为25mL的反应釜,在200ħ下水热反应20h㊂冷却后,用去离子水洗涤数次,然后在真空干燥箱中70ħ下干燥12h㊂1.2㊀性能测试与表征使用X射线衍射仪(XRD)(D8-Advance,Bruker,Germany)和Cu K a辐射源(λ=0.15406nm,40kV, 30mA)分析样品的结晶相㊂通过场发射扫描电子显微镜(FE-SEM,HITACHI SU8010,Japan)和透射电子显微镜(TEM,JEM-2100F,Japan)观察样品的微观结构㊂采用能量色散X射线能谱(EDS)对样品的元素分布进行分析㊂通过X射线光电子能谱(XPS,Thermo escalade250Xi)分析样品的化学成分㊂1.3㊀电磁参数测定使用矢量网络分析仪(Agilent E5071C),通过同轴传输方式测量样品在2~18GHz频率范围内的电磁参数㊂吸波环的制备过程是:先将样品与石蜡按1ʒ1的质量比混合,然后压制成内径为3.04mm㊁外径为7.00mm㊁厚度为3.00mm的环㊂278㊀研究论文人工晶体学报㊀㊀㊀㊀㊀㊀第53卷样品的EMW吸收特性是通过符合传输线假设的反射损耗(R L)值确定的㊂这些值可以通过复介电常数εr和复磁导率μr之间的关系来计算[17]㊂R L=20log10∣(Z in-Z0)/(Z in+Z0)∣(1)Z in=Z0(μr/εr)1/2tanh[j(2πfd/c)(μrεr)1/2](2)式中:Z in和Z0分别是输入阻抗和自由空间阻抗,c㊁d和f分别是光速㊁样品的厚度和电磁波的频率㊂2㊀结果与讨论2.1㊀Cu x S y-MoS2异质结构的形成过程Cu x S y-MoS2异质结构的合成路线如图1所示㊂首先,使用水热工艺促使一水合乙酸铜和硫脲合成Cu x S y 纳米颗粒㊂随后,将四水合钼酸铵㊁硫脲㊁Cu x S y纳米颗粒和一水合柠檬酸加入反应体系,并再次进行水热反应,从而合成Cu x S y-MoS2异质结构㊂其中,钼源和硫源合成的MoS2呈现纳米花状,同时Cu x S y纳米颗粒被锚定在MoS2纳米花上㊂此外,添加的一水合柠檬酸充当表面活性剂,有助于控制MoS2纳米花的合成,促进Cu x S y-MoS2异质结构的形成[18]㊂图1㊀Cu x S y-MoS2异质结构的合成过程示意图Fig.1㊀Scheme of the synthesis process for Cu x S y-MoS2heterostructure2.2㊀Cu x S y-MoS2异质结构的物相和元素组成图2(a)为样品的XRD图谱㊂对于Cu x S y样品,可以发现三种有关硫化铜的晶相,分别对应CuS(PDF# 06-0464),Cu9S8(PDF#36-0379)和Cu7S4(PDF#23-0958)㊂对MoS2样品分析发现,在14.08ʎ㊁33.38ʎ㊁39.5ʎ和58.68ʎ的衍射峰分别对应MoS2(PDF#37-1492)相的(002)㊁(101)㊁(103)和(110)晶面㊂对Cu x S y-MoS2样品进行分析发现,物相中MoS2的衍射峰出现较大的低角度偏移㊂具体地,(101)晶面由原来的33.38ʎ偏移到32.2ʎ,(110)晶面由原来的58.68ʎ偏移到56.94ʎ㊂这表明MoS2被Cu x S y锚定后层间距有所增大[19]㊂值得注意的是,在Cu x S y-MoS2样品中没有观察到CuS的晶相,而且Cu9S8和Cu7S4的衍射峰数量减少㊂这可能是因为MoS2的大量形成覆盖了与硫化铜相关的信号㊂Cu x S y-MoS2样品的XPS图表明,异质结构中存在Mo㊁Cu㊁S和C元素(见图2(b))㊂Mo和Cu的摩尔比大约为4ʒ1,表明Cu x S y-MoS2样品中MoS2相占主体,而Cu x S y起到调节作用㊂图2(c)中的Mo3d的XPS图表明,232.67和229.49eV的峰对应于2H-MoS2的Mo3d3/2和Mo3d5/2㊂231.97和228.8eV处的峰与1T-MoS2的Mo3d3/2和Mo3d5/2相关㊂MoS2中2H和1T相的存在说明有部分2H相转变成1T相,这导致缺陷的产生,有利于促进偶极子极化㊂此外,在226.41和235.84eV处对应于S2s和Mo6+,表明S离子与Mo离子形成键以及部分Mo元素出现氧化态现象[20-21]㊂Cu2p的XPS表明(见图2(d)),结合能为952.27和932.37eV的峰分别对应Cu2p1/2和2p3/2[22]㊂S2p的XPS表明(见图2(e)),在162.2和163.43eV处的峰分别属于S2p3/2和S2p1/2,而在169eV处的峰则归因于S4+[23]㊂此外,图2(f)中C1s的XPS表明,288.3㊁284.59和285.48eV 处的结合能分别对应于C O键㊁C C/C C键和C O键[2,22]㊂2.3㊀Cu x S y-MoS2异质结构的微观结构图3为Cu x S y㊁MoS2和Cu x S y-MoS2异质结构的SEM照片㊂由图3(a)可知,合成的Cu x S y纳米颗粒的尺寸非常小,约为10nm㊂合成的MoS2则呈现出纳米花结构(见图3(b)),由厚度为1.5nm的超薄纳米片组装而㊀第2期蒋㊀肖等:Cu x S y-MoS2异质结构的介电损耗调控及其高效电磁波吸收279㊀成,这可以带来大的比表面积,有助于纳米颗粒的锚定和电磁波的多重反射㊂如图3(c)所示,大量的Cu x S y 纳米颗粒分布在MoS2纳米花的夹层和表面,形成独特的异质结构,有效地扩大纳米片之间的间隙[24]㊂这类异质结构既有利于EMW的进入,实现多重散射和反射,又有利于形成大量的异质界面,提供电子传导路径和界面极化,以增强介电损耗[25]㊂此外,EDS元素分布图揭示Cu x S y-MoS2异质结构中Mo㊁Cu和S元素的均匀分布(见图3(d)),进一步证明Cu x S y纳米颗粒均匀地锚定在MoS2纳米花上㊂图2㊀不同样品的XRD图谱(a)和Cu x S y-MoS2的XPS图(b)~(f)Fig.2㊀XRD patterns(a)of different samples and XPS(b)~(f)of Cu x S y-MoS2利用透射电子显微镜(TEM)照片和高分辨率透射电子显微镜(HRTEM)照片进一步表征样品的微观结构和物相㊂如图4(a)和4(b)所示,MoS2样品是由许多超薄纳米片构成的纳米花,这与SEM照片结果一致,进一步证明MoS2样品中形成大量具有大比表面积的纳米花结构,有助于EMW的耗散[2]㊂HRTEM照片显示晶面间距为0.63nm的晶格条纹(见图4(c)),这与MoS2的(002)晶面相匹配[26-27]㊂此结果进一步表明MoS2物质的存在㊂从图4(d)和4(e)可知,Cu x S y-MoS2样品保留了MoS2的纳米花结构,且花瓣之间的间隔增大,这是由于Cu x S y纳米颗粒的嵌入㊂TEM照片进一步证实了Cu x S y和MoS2之间的相互结合,有助于形成异质界面,促进界面极化㊂如图4(f)所示,0.25和0.63nm的晶格条纹分别对应Cu7S4的(155)晶面和MoS2的(002)晶面㊂这些晶格条纹的出现进一步证明Cu x S y-MoS2异质结构的形成㊂280㊀研究论文人工晶体学报㊀㊀㊀㊀㊀㊀第53卷图3㊀不同样品的SEM照片(a)~(c)及Cu x S y-MoS2的EDS元素分布图(d)Fig.3㊀SEM images(a)~(c)of different samples and EDS elemental mapping images(d)of Cu x S y-MoS2图4㊀MoS2和Cu x S y-MoS2的TEM和HRTEM照片Fig.4㊀TEM and HRTEM images of MoS2and Cu x S y-MoS22.4㊀Cu x S y-MoS2异质结构的EMW吸收性能为了评估异质结构的EMW吸收特性,主要考虑样品的R L,EAB和匹配厚度(d)㊂图5(a)~(f)是Cu x S y㊁MoS2和Cu x S y-MoS2在2~18GHz频率范围的R L值㊂如图5(a)和5(b)所示,在1~5mm的匹配厚度下,Cu x S y样品的R L值都大于-10dB㊂这说明Cu x S y样品基本没有EMW吸收性能,当EMW入射样品后,不能保证90%以上的吸收㊂如图5(d)和5(e)所示,MoS2样品的R L值在5mm的匹配厚度下为-14.79dB㊂这说明MoS2形成后有大于90%的有效吸收,但是在实际应用上仍不能达到要求㊂根据Cu x S y和MoS2样品的㊀第2期蒋㊀肖等:Cu x S y-MoS2异质结构的介电损耗调控及其高效电磁波吸收281㊀EMW吸收性能比较差的结果,可以认为单一材料无法满足合理的阻抗匹配和优异的衰减能力㊂值得注意的是,当Cu x S y和MoS2两种材料进行异质结构设计后,获得的Cu x S y-MoS2的性能有了大幅提升(见图5(g)和5(h))㊂具体地,在12.68GHz处R L值达为-72.77dB,d为1.99mm㊂在2.44mm处R L值也高达-70.35dB,频率为10.24GHz㊂在低频段的5.78GHz处,R L值也达到-51.74dB,d也仅为4mm㊂除此之外,还可以发现, Cu x S y-MoS2样品在1.73mm处,具有5.1GHz(12.9~18.0GHz)的宽EAB值㊂另外,通过四分之一波长相消理论(d m=nc/(4f m(|μr||εr|)1/2),(n=1,3,5, ))来判断d和相关频率间是否满足此关系[28]㊂如图5(c)㊁5(f)和5(i)所示,Cu x S y-MoS2异质结构满足四分之一波长相消理论,进一步证明Cu x S y-MoS2具有优异性能㊂另外,也可以通过设计合适的EMW吸收层厚度来尝试设计实际应用中使用的频率[15]㊂综上所述,Cu x S y-MoS2样品在低㊁中㊁高频段都表现出优异的EMW吸收性能,这表明介电材料之间可以发挥出良好的协同效应和出色的阻抗匹配,从而实现高效的EMW吸收㊂图5㊀不同样品的3D R L值㊁2D R L值和d m(d m sim)versus f mFig.5㊀3D R L values,2D R L values,and d m(d m sim)versus f m of different samples一般情况下,材料的EMW吸收特性与其复介电常数(εr=εᶄ-jεᵡ)和复磁导率(μr=μᶄ-jμᵡ)有关㊂介电常数的实部(εᶄ)和磁导率的实部(μᶄ)与存储EMW能量有关,而介电常数的虚部(εᵡ)和磁导率的虚部(μᵡ)与耗散能力有关㊂介电常数正切(tanδε=εᵡ/εᶄ)和磁导率正切(tanδμ=μᵡ/μᶄ)是通过将虚部除以实部得到的,这分别决定了吸波材料的介电损耗和磁损耗㊂通常而言,为了实现更好的阻抗匹配,过低的复介电常数值是不被期望的[29]㊂图6(a)和6(b)表明,随着频率的增加,复介电常数呈减小趋势,这可以归因于较高频率下的极化滞后现象㊂同时,在高频段可以观察到明显的极化峰,说明极化损耗的存在[30]㊂在Cu x S y㊁MoS2和Cu x S y-MoS2样品中,Cu x S y-MoS2具有最大的复介电常数,这说明其具备更强的存储和耗散能力㊂此282㊀研究论文人工晶体学报㊀㊀㊀㊀㊀㊀第53卷外,εᵡ值与电导率成正比关系,由此可见,Cu x S y-MoS2异质结构的电导性高,有助于提高介电性能㊂从图6(c)可以看出,Cu x S y-MoS2具有最大的tanδε值,说明该材料具有良好的介电损耗能力,这有助于提高EMW吸收性能㊂综上所述,在MoS2纳米花中锚定Cu x S y纳米颗粒,可以带来适当的介电常数,以达到调节介电损耗的效果㊂如图6(d)~(f)所示,μᶄ保持在1左右,而μᵡ几乎为0,并且tanδμ在0附近波动,这说明Cu x S y-MoS2异质结构以介电损耗为主㊂值得注意,Cu x S y-MoS2异质结构在2~18GHz频率范围内的tanδμ值出现了较为明显的波动,表明材料中还是存在自然共振和交换共振,但是以介电损耗为主㊂μᵡ在高频处会出现负值,这可能是由于自身磁损耗能力较弱,不足以抵消高频辐射产生的能量,以及在异质界面处所形成的电场会产生磁场来抵抗外来磁场,抑制磁损耗,并产生负数[15,31]㊂图6㊀不同样品的复介电常数和复磁导率的频率相关性Fig.6㊀Frequency dependence of complex permittivity and complex permeability for different samples根据Debye理论((εᶄ-εɕ)2+(εᵡ)2=(εs-εɕ)2),εᶄ和εᵡ之间的关系与Debye介电弛豫有关[32]㊂如图7(a)~(c)所示,Cu x S y㊁MoS2和Cu x S y-MoS2样品的Cole-Cole曲线表明,样品的吸收机理可以用Debye介电弛豫模型来描述㊂所有样品都具有多个Cole-Cole半圆,表明其多重极化弛豫的产生[15,33]㊂如图7(c)所示,Cu x S y-MoS2样品的半圆最多,表明其具备较强的极化损失能力,这有利于增强EMW吸收性能㊂同时,由于Cu x S y和MoS2之间会形成异质界面,导致Cu x S y-MoS2样品的介电损耗主要来源于界面极化㊂磁损耗主要分为涡流损耗㊁自然共振和交换共振㊂如果涡流损耗(C0=μᵡ(μᶄ)-2f-1=2πμ0d2σ)是磁损耗的唯一损耗机制,则C0将保持恒定[34]㊂如图7(d)所示,在6~18GHz频率范围内C0基本保持稳定状态,这表明材料中存在涡流损耗㊂但是在2~6GHz范围内呈现下降趋势,这主要是由于样品中存在磁共振㊂对于EMW吸收材料,衰减常数(α=[((2)1/2πf)/c]/{(μᵡεᵡ-μᶄεᶄ)+[(μᵡεᵡ-μᶄεᶄ)2+(εᶄμᵡ+εᵡμᶄ)2]1/2}1/2)和阻抗匹配(Z=(μr/εr)1/2tanh j2πfd(μrεr)1/2/c)是影响EMW吸收性能的关键因素㊂其中,α值从大到小依次是Cu x S y-MoS2㊁MoS2和Cu x S y(见图7(e))㊂显然,Cu x S y-MoS2表现出最佳的衰减能力,这也与介电常数正切的结果一致㊂图7(f)~(i)表明,Cu x S y-MoS2样品在最佳反射损耗对应的频率下具有接近于1的Z 值,表明该样品具有优异的阻抗匹配特性,EMW在样品表面基本没有反射㊂综上所述,一方面,在MoS2纳米花上锚定Cu x S y纳米颗粒会对Cu x S y-MoS2样品的介电损耗能力产生较大影响㊂另一方面,合成的Cu x S y-MoS2异质结构具有优异的衰减能力和阻抗匹配特性㊂此外,Cu x S y-MoS2样品展示出优异的EMW吸收性能和宽的EAB,优于大多数金属硫化物异质结构㊂㊀第2期蒋㊀肖等:Cu x S y-MoS2异质结构的介电损耗调控及其高效电磁波吸收283㊀图7㊀不同样品的εᶄ-εᵡ曲线(a)~(c)㊁C0(d)㊁α(e)和Z值(f)~(i)Fig.7㊀εᶄ-εᵡcurves(a)~(c),C0㊀(d),α(e),and Z(f)~(i)values of different samples图8为Cu x S y-MoS2异质结构的EMW吸收机制㊂首先,当EMW进入样品后,可以在Cu x S y-MoS2异质结构提供的界面处进行多次反射和散射,导致EMW衰减[35]㊂其次,Cu x S y-MoS2异质结构中包含多维尺寸和良图8㊀Cu x S y-MoS2异质结的EMW吸收机制示意图Fig.8㊀Schematic diagram of EMW absorption mechanisms for Cu x S y-MoS2heterostructure284㊀研究论文人工晶体学报㊀㊀㊀㊀㊀㊀第53卷好的导电性,可以形成导电网络,促进传导损耗[36]㊂Cu x S y相和MoS2相之间有大量的异质界面,导致空间电荷在该界面处积累㊂因此,不均匀的电荷分布形成类似电容器的结构,可以促使正负电荷的积累和重新分布,形成局部电场,导致界面极化的产生[37]㊂此外,异质结构中的缺陷和官能团可以作为极化中心来捕获未中和的电荷并引起偶极极化㊂综合表明,适当的介电损耗和异质结构引发的多重散射和反射是Cu x S y-MoS2异质结构实现卓越EMW吸收性能的主要机制㊂3㊀结㊀㊀论综上所述,本文通过简单的水热工艺成功合成独特的Cu x S y-MoS2异质结构㊂通过改变Cu x S y纳米颗粒的加入量可以调控样品的介电常数,从而实现介电损耗的调控,以达到理想的阻抗匹配特性㊂在多重散射和反射㊁传导损耗㊁界面极化以及偶极极化等多种机制的综合作用下,Cu x S y-MoS2异质结构展现卓越的EMW吸收性能,涵盖了低㊁中㊁高频率范围㊂具体地,Cu x S y-MoS2质结构在12.68GHz处的反射损耗高达-72.77dB,匹配厚度仅为1.99mm㊂同时,在1.73mm处,展现出高达5.1GHz的有效吸收带宽(12.9~18.0GHz)㊂这项工作揭示组分控制对介电损耗能力的精确调控机制,为设计具有强吸收㊁宽频带和薄厚度的MoS2基吸波材料提供了新的策略㊂参考文献[1]㊀OU P 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材料磁电效应的研究及应用摘要：磁电材料具有独特的磁电效应，能实现磁场与电场的相互转换，在磁电传感器、磁记录和微波器件等领域具有广泛的应用前景。

本文阐述了磁电效应的产生机理及其研究历史，重点介绍了磁电复合材料的分类及相应的制备方法和研究状况。

文章最后简述了磁电材料的几个主要应用方向。

关键词：磁电效应；磁电材料；复合材料；铁电；铁磁Research and Application of Magnetoelectric effectAbstract:With a unique magnetoelectric effect, magnetoelectric material can achieve the mutual transformation between magnetic and electric fields, which has extensive applications in the field of magnetic sensors, magnetic recording and microwave devices.In this paper, the basic mechanism of the magnetoelectric effect and its research history were illustrated. The classification of magnetoelectric composites, the corresponding preparation methods and its research status were emphatically introduced. Finally, several main application directions of magnetoelectric material were sketched briefly.Keywords: ：magnetoelectric effect；magnetoelectric Materials；composites；ferroelectric; ferromagnetic1引言作为新材料研究领域的核心，具有力、热、电、磁、声、光等特殊性能的功能材料对高新技术的发展起着重要的推动和支撑作用。

复合材料的电磁特性与性能评估在现代科技的飞速发展中，复合材料以其独特的性能优势在众多领域中得到了广泛应用。

其中，复合材料的电磁特性及其性能评估成为了研究的重点之一。

复合材料是由两种或两种以上具有不同物理和化学性质的材料通过特定的工艺组合而成。

这些材料的组合使得复合材料在电磁性能方面展现出了独特的性质。

从电磁特性的角度来看，复合材料的电导率和磁导率是两个关键的参数。

电导率决定了材料在电场作用下传导电流的能力，而磁导率则反映了材料在磁场中的响应。

不同的复合材料组成和结构会导致电导率和磁导率的显著差异。

例如，在一些含有金属纤维或导电颗粒的复合材料中，电导率会相对较高，使其在电磁屏蔽等领域具有潜在应用价值。

复合材料的电磁损耗特性也是一个重要方面。

电磁损耗是指材料在电磁场作用下将电磁能转化为热能等其他形式能量的能力。

这种特性在微波吸收材料中尤为重要，通过合理设计复合材料的成分和结构，可以实现对特定频率电磁波的高效吸收，从而减少电磁辐射的影响。

在评估复合材料的电磁性能时，需要采用一系列的测试方法和技术。

其中，常见的有电性能测试，如电阻测量、电容测量等，以确定材料的电导率和介电常数。

对于磁性能的评估，则通常会使用磁强计等设备来测量磁导率和磁化强度。

此外，电磁波反射率和吸收率的测量也是评估复合材料电磁性能的重要手段。

通过在特定频段内测量电磁波的反射和吸收情况，可以直观地了解材料对电磁波的作用效果。

在实际应用中，例如在航空航天领域，需要使用复合材料来减轻飞行器的重量同时保证良好的电磁屏蔽性能。

这就要求对复合材料的电磁性能进行精确评估，以确保其能够满足严格的工程要求。

在通信领域，随着 5G 技术的发展，对高性能电磁材料的需求日益增加。

复合材料由于其可设计性和优异的电磁性能，有望在 5G 基站的天线罩、滤波器等部件中发挥重要作用。

然而，要实现这一目标，就必须对复合材料的电磁特性进行深入研究，并建立准确可靠的性能评估方法。

《MOF衍生的金属-碳基磁电复合材料的形貌控制及其电磁波吸收性能》篇一MOF衍生的金属-碳基磁电复合材料的形貌控制及其电磁波吸收性能一、引言随着现代电子设备的普及和高速发展，电磁波污染问题日益严重，电磁波吸收材料的研究显得尤为重要。

金属/碳基磁电复合材料因其优异的电磁波吸收性能、轻质、薄型等优点，在电磁波防护和电磁干扰抑制等领域具有广泛的应用前景。

近年来，MOF （金属有机骨架）衍生的金属/碳基磁电复合材料因其独特的结构和优异的性能，成为了研究热点。

本文将重点探讨MOF衍生的金属/碳基磁电复合材料的形貌控制及其电磁波吸收性能。

二、MOF衍生的金属/碳基磁电复合材料的制备MOF衍生的金属/碳基磁电复合材料主要通过以下步骤制备：首先，制备MOF前驱体；然后，通过热解、还原或其他方法将MOF转化为金属/碳基复合材料；最后，通过调整制备参数，实现形貌的控制。

三、形貌控制形貌控制是提高MOF衍生的金属/碳基磁电复合材料性能的关键。

通过调整制备过程中的温度、时间、前驱体浓度等参数，可以实现对复合材料形貌的控制。

形貌的控制可以影响材料的比表面积、孔隙结构、晶体结构等，进而影响其电磁波吸收性能。

四、电磁波吸收性能MOF衍生的金属/碳基磁电复合材料具有优异的电磁波吸收性能。

其吸收机理主要涉及材料的介电损耗和磁损耗。

材料的介电常数和磁导率是影响其电磁波吸收性能的关键参数。

通过调整材料的组成、形貌和结构，可以优化其介电常数和磁导率，从而提高其电磁波吸收性能。

五、实验结果与讨论通过实验，我们成功制备了不同形貌的MOF衍生的金属/碳基磁电复合材料，并对其电磁波吸收性能进行了测试。

实验结果表明，通过形貌控制，可以显著提高材料的电磁波吸收性能。

此外，我们还发现，材料的介电常数和磁导率与其形貌、组成和结构密切相关。

通过优化这些参数，我们可以进一步提高材料的电磁波吸收性能。

六、结论本文研究了MOF衍生的金属/碳基磁电复合材料的形貌控制及其电磁波吸收性能。

高介电常数聚合物基复合材料研究进展
尚继武;张以河;吕凤柱
【期刊名称】《材料工程》
【年(卷),期】2012(000)005
【摘要】本文概述了目前高介电聚合物基复合材料的主要问题,论述了铁电陶瓷、导电颗粒(金属粒子、石墨、碳纳米管)改性高介电复合材料的国内外研究进展；重点介绍了酞菁铜、聚苯胺改性全有机高介电复合材料,探讨了存在的主要问题,并指出提高介电常数、储能密度,减小介电损耗,降低制备成本是未来发展的方向.
【总页数】7页(P87-92,98)
【作者】尚继武;张以河;吕凤柱
【作者单位】中国地质大学(北京)材料科学与工程学院矿物岩石材料开发应用国家专业实验室,北京100083;中国地质大学(北京)材料科学与工程学院矿物岩石材料开发应用国家专业实验室,北京100083;中国地质大学(北京)材料科学与工程学院矿物岩石材料开发应用国家专业实验室,北京100083
【正文语种】中文
【中图分类】TB34;O631
【相关文献】
1.高介电常数聚合物基复合材料的研究进展 [J], 沈艳萍;顾嫒娟;梁国正;袁莉
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3.高介电常数聚合物基复合材料的研究进展 [J], 刘士强;高军;毕明宇;孙和鑫;唐慧
慧
4.高介电常数树脂基复合材料的研究进展 [J], 吴伟萍;
5.高介电常数聚偏氟乙烯基复合材料的研究进展 [J], 黄蓉蓉;颜录科;闫啸天
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复合材料介电常数1. 介电常数的概念介电常数是复合材料中一个重要的物理参数，它描述了材料对电场的响应程度。

在电场作用下，材料中的电荷会发生重新排列，形成电偶极矩，从而产生极化效应。

介电常数与材料的极化能力有关，它是指材料在电场作用下，单位体积内所储存的电场能量与外加电场强度的比值。

2. 复合材料介电常数的影响因素复合材料的介电常数受多种因素的影响，下面将介绍几个主要的因素：2.1 成分复合材料的成分直接决定了其固有的介电性能。

不同材料的介电常数差异很大，例如，金属通常具有较低的介电常数，而陶瓷和聚合物等绝缘材料则具有较高的介电常数。

因此，通过优化复合材料的成分组成，可以实现对介电常数的调控。

2.2 结构复合材料的结构对介电常数也有很大影响。

例如，纤维增强复合材料中的纤维方向对于介电常数具有显著影响。

当纤维与外加电场方向垂直时，复合材料的介电常数较高，而当纤维与外加电场方向平行时，介电常数较低。

此外，复合材料中的孔隙率、孔隙形状和孔隙分布等结构参数也会对介电常数产生影响。

2.3 温度温度是影响复合材料介电常数的重要因素之一。

随着温度的升高，复合材料中分子的热运动增加，从而使介电常数减小。

不同材料对温度的敏感程度也有所不同，这需要在应用中进行考虑。

3. 复合材料介电常数的测量方法测量复合材料的介电常数是评估其电磁性能的关键。

下面介绍几种常用的测量方法：3.1 表观介电常数法表观介电常数法是最常用的测量复合材料介电常数的方法之一。

该方法通过测量样品在不同频率下的电容值，计算得到表观介电常数。

这种方法简单、快速，并且不需要破坏性的处理样品，适用于大部分复合材料。

3.2 微波共振法微波共振法利用微波介电谐振腔来测量样品的介电常数。

通过测量谐振频率和电容值的变化，可以得到样品的介电常数。

这种方法适用于对高频范围内复合材料的介电常数进行测量。

3.3 场景建模法场景建模法是一种基于数值模拟的方法，通过建立复合材料的电磁场模型，计算得到样品的介电常数。

聚氨酯基高介电常数复合材料的制备与表征吴聪聪;王经文;陈涛;魏楠;李淑琴【期刊名称】《四川化工》【年(卷),期】2011(000)004【摘要】采用聚氨酯弹性体（PU）为聚合物基体,超高介电常数的酞菁铜齐聚物（CuPc）为添加物,通过化学方法将CuPc接到PU链上,制备高介电常数复合材料。

TEM结果显示,CuPc在PU中的分散性大大改善,颗粒尺寸约为20nm,约为CuPc和PU简单共混中CuPc粒径的1/25。

颗粒尺寸的减小大大增强了复合体系中界面交换耦合效应,极大增加了复合材料的介电常数。

在100Hz时,CuPc含量为15wt%的复合材料,介电常数高达380左右。

%In this study,a high dielectric constant nanocomposite is developed using polyureth-ane（PU） as matrix and Chemically modified high dielectric constant organic semiconductor-cop-per phthalocyanine oligomer（CuPc）-as filler.From transmission electron microsc【总页数】5页(P5-9)【作者】吴聪聪;王经文;陈涛;魏楠;李淑琴【作者单位】南京航空航天大学材料科学与技术学院,南京211100;南京航空航天大学材料科学与技术学院,南京211100;南京航空航天大学材料科学与技术学院,南京211100;南京航空航天大学材料科学与技术学院,南京211100;南京航空航天大学材料科学与技术学院,南京211100【正文语种】中文【中图分类】TQ433.432【相关文献】1.活性填料在先驱体转化法纤维增强陶瓷基复合材料中的应用Ⅱ——复合材料的制备及其表征 [J], 谢征芳;陈朝辉;肖加余2.聚氨酯/甲壳素纳米晶须复合材料的制备与表征 [J], 陈思瑜;陈大俊3.氨基化还原氧化石墨烯-碳纳米管/水性聚氨酯复合材料的制备及表征 [J], 盛锡慧焘子;杨建军;吴庆云;吴明元;张建安4.液晶聚氨酯/尼龙6复合材料的制备与表征 [J], 孙玮良;赵申仁;辛浩波5.原位还原制备磺酸型水性聚氨酯/纳米银复合材料及其表征 [J], 钟震;吴小剑;任天斌因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。