典型电介质材料的微波介电及吸波性能研究

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1、中图分类号：TQ028.1UDC分类号：540典型电介质材料的微波介电及吸波性能研究作者姓名杨会静学院名称材料学院指导教师曹茂盛教授答辩委员会主席俞大鹏教授申请学位工学博士学科专业材料科学与工程学位授予单位北京理工大学论文答辩日期2015年6月典型电介质材料的微波介电及吸波性能研究杨会静2015年6月DielectricpropertiesandmicrowaveabsorptionofdielectricmaterialsatelevatedtemperatureCandidateName:YangHuiji

2、ngSchoolorDepartment:MaterialScienceandEngineeringFacultyMentor:Prof.MaoshengCaoChair,ThesisCommeetee:Prof.DapengYuDegreeApplied:DoctorofPhilosophyMajor:MaterialScienceandEngineeringDegreeby:BeijingInstituteofTechnologyTheDateofDenfence:June2015研究成果声明本人郑重声明：

3、所提交的学位论文是我本人在指导教师的指导下进行的研究工作获得的研究成果。尽我所知，文中除特别标注和致谢的地方外，学位论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京理工大学或其它教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的合作者对此研究工作所做的任何贡献均已在学位论文中作了明确的说明并表示了谢意。特此申明。签名：日期：北京理工大学博士学位论文摘要随着电磁辐射对环境影响的日益加重，电磁污染控制、人类生命与健康保障、电子器件与电子设备防护等技术需求越来越迫切，对微波吸收材料提出了更新、更苛刻的

4、要求。要充分提高微波吸收材料的效能，应该构建能够产生多重损耗机制的微波吸收材料，从而实现强吸收、宽频带和耐高温的要求，得到性能优秀的微波吸收材料。本文主要对碳化硅、纳米镍/碳化硅复合材料、氧化镍纳米环/碳化硅复合材料和多铁性材料铁酸铋及其钴掺杂后纳米颗粒的介电性能进行了研究，分析了这几种电介质材料的介电响应及其影响因素，研究了它们的微波吸收性能及其能量损耗机制。1、研究了碳热还原法得到的碳化硅的介电性能和微波吸收，并且分析了介电弛豫和电导及对介电性能和微波吸收的影响。碳化硅的介电常数和介电损耗均表现出了强烈的温

5、度依赖性和频率特性。从Cole-Cole图中可以看出，介电弛豫和电导对材料的高温介电性能有较大的影响。采用第一原理的方法，计算了碳化硅的电子结构和能带结构，分析了电导和缺陷对材料介电性能的影响。碳化硅的微波吸收随着温度的增加，呈现正温度效应，且吸收带宽显著增加。2、利用化学溶液法制备了纳米镍/碳化硅复合材料，研究了其介电性能，介电弛豫和电导及对介电性能和微波吸收的影响。在测试的温度和频率范围内纳米镍/碳化硅复合材料的介电常数和介电损耗都明显优于碳化硅，表现出了强烈的温度效应，这主要源于碳化硅表面沉积层中镍纳米粒

6、子之间跳跃电子引起的电导率的变化。镍修饰的碳化硅表现出增强的微波吸收，随着温度的升高，吸收强度和带宽都显著增加。3、在化学溶液法的基础上，对纳米镍/碳化硅复合材料加热氧化得到了氧化镍纳米环/碳化硅复合材料，研究了复合材料中的多重弛豫和电导对材料的介电性能和微波吸收的影响。由于NiO纳米晶特殊的环状形貌，SiC的介电常数虚部和介电损耗比修饰前分别增长了四倍和三倍。纳米镍/碳化硅复合结构表现出了多重弛豫和电导的共同作用，有效提升了材料的微波吸收。修饰后SiC的微波吸收在673K时可以达到-46.9dB。同时，修饰后

7、SiC的微波吸收带宽也大幅增加，尤其是在673I北京理工大学博士学位论文K和773K，反射率损耗小于-10dB的带宽覆盖了整个X波段。优秀的介电性能和微波吸收来源于NiO的特殊形貌对材料介电弛豫和电导的增强作用。4、采用溶胶-凝胶法制备了铁酸铋（BiFeO3）和钴掺杂铁酸铋(BiFe1-xCoxO3)纳米颗粒，研究了在室温下2~18GHz范围内的介电性能和微波吸收。钴掺杂可以有效提高铁酸铋的磁性和微波吸收。在研究的频率范围内，介电特性和磁性共有三个弛豫峰存在，由于电磁参数的匹配，掺杂BiFeO3的微波吸收表现了

8、明显的多频段吸收，其吸收峰分别位于S波段、X波段和Ku波段。Co掺杂BiFeO3的微波吸收性能具有高效，多频段的特征，优于未掺杂BiFeO3的性能。关键词：电介质材料；介电性能；微波吸收；介电弛豫；电导II北京理工大学博士学位论文AbstractHighefficiencyandlightweightaretwokeyfactorswhichcansignificantlyinflue