自催化还原法制备超细空心镍球及其微波性能研究

《自催化还原法制备超细空心镍球及其微波性能研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、上海交通大学博i：学位论文摘要自催化还原法制备超细空心镍球及其微波性能研究摘要近年来，具有空心结构的超细粉末的制备和应用成为材料研究中的一个热点。由于空心结构的超细粉末与相应的实心粉末相比具有更大的比表面积、较小的密度以及特殊的力学、光、电等物理化学性质而表现出极大的应用前景。目前，国外研究较多的制备超细空心球的方法主要是模板构造法，该法所制备的大多为玻璃、陶瓷和半导体超细空心球，而有关超细空心金属粉末的制备与性能研究方面的报道相对较少，特别是具有铁磁性的空心金属粉末。本文提出了一种简单易行、成本低廉的自催化还原反应法，成功地制备出超细空心镍球，利用多种分析测试手段

2、对所得产物进行了详细表征，并对自催化还原反应制备超细空心镍球的主要工艺参数以及形成机理进行了研究。在此基础上对所制备的镍球进行电磁性能分析，重点研究了镍球．聚乙烯缩丁醛(PVB)混合体的微波吸收性能。同时对空心镍球进行了化学镀钴表面改性，以增强镍球的磁性能，获得更好微波吸收效果。具体的研究内容及结果如下：n)研究了自催化还原法制备超细空心球形镍粉的形成机理，建立了自催化还原反应法制备空心镍球的模型。分析认为，胶核表面聚集了大量Ni27成为催化活性中心，同时胶核也是镍球形成的模板，还原出来的金属镍沉积在其表面形成不致密的壳层结构，壳层内外物质可以相互交换，使胶核溶解变

3、小。随后生成的镍在壳层上不断沉积，最终形成具有空心结构的镍球。通过对所得镍球分析认为，通过自催化还原法制备的镍球具有明显的空心结构，控制工艺参数可得微米、亚微米和纳米级的空心、部分空心和包覆型镍球。实验证明通过自催化还原法能够制备出具有空心结构的金属球。(2)对自催化还原反应进行了动力学分析，并研究了工艺参数对反应速率及反应产物的影响，利用FESEM、TEM、XRD等分析测试手段对所得镍球进行了表征。结果表明，自催化还原反应速率主要是由反应温度、初始次磷酸钠浓度和氢氧化钠浓度决定，并计算出自催化还原反应的活化能约为166kJ·mol-1。进一步研究表明，反应物浓度和

4、后处理工艺对产物的粒径大小及粒度分布、形貌和成份有重要影响。其中NaOH浓度和Ni2+浓度对产物粒径和粒度分布影响较大，改变NaOH浓度和次磷酸钠浓度使产物成份发生改变，经过氢气还原处理可以去除包覆在镍球中的残留氢氧化镍胶核，而得到成份单一的空心镍球。(3)研究了空心镍球在静磁场的磁性能，利用同轴线法测试了不同粒径空心镍球-PVB混合体在微波频率的电磁常数。结果表明，空心镍球的矫顽力、比饱和磁化强度和比剩余磁化强度均随颗粒粒径的减小而变小。镍球．PVB混合体的的介电常数实部和上海交通大学博上学位论文虚部值随镍球粒径的减小而下降，同时复介电谱和复磁导率中出现了典型的共

5、振峰。分析认为，第一个共振的出现与镍球的导电性和颗粒的尺寸效应有关，而第二个共振则是由镍球本征的磁性共振所引起。通过计算微米镍球和纳米镍球的本征磁导率，表明微米镍球在2—18GHz内具有较大的磁导率虚部。(4)利用微波吸收公式计算了不同粒径空心镍球．PVB混合体的微波反射损耗值，并分析了混合体的匹配厚度和匹配频率。结果表明，随着混合体吸收层厚度的增加，镍球混合体的最小反射损耗见曲降低。微米和亚微米镍球混合体出现最小反射损耗的频率随样品厚度的增加向低频方向移动，而纳米镍球混合体则基本保持在14．2GHz左右。微米和亚微米级空心镍球混合体在2—18GHz内出现两个匹配条

6、件。研究认为，平均粒径为1．劫m的空心镍球混合体具有较好的微波吸收值，同时还有较宽的吸收频带。在匹配条件下，其吸收值分别可达．33．6dB和．34．4dB。(5)通过化学镀方法对空心镍球表面进行了钴改性，对包覆层的形貌、结构、成份以及比表面积等进行了分析测试，并研究了工艺参数对空心镍球表面化学镀钴的影响。结果表明通过化学镀钴方法在空心镍球表面镀覆了～层蜂窝状的金属钴层，该结构使镍球的比表面积由未包覆前的O．0555m2／g增加到包覆后的4．9888m2／g。影响表面镀钴的主要工艺参数为还原剂浓度和镀液的pH值。在镍球表面镀覆钴后，其矫顽力由原来的164Oe增大到79

7、5Oe，同时比饱和磁化强度增到22．72emu／g。改性后的镍球混合体的复介电谱和磁导率谱在2-18GHz频率范围内也出现了两个共振峰，其本征磁导率虚部值高于未改性镍球。对比改性镍球混合体对电磁波的理论反射损耗值可知，钴改性后的镍球混合体在厚度为O．8-2．0mm时的最小反射损耗均在．30dB左右，最低达到了-40dB，在0．8nun时，频宽比超过了40％，说明通过钴改性后的镍球具有更好的微波吸收性能。关键词：超细粉末，空心镍球，自催化还原，电磁性能，微波吸收，表面改性上海交通大学博士学位论文摘要StudyonthePreparationandMicrowave