NiO/NiCo2 O4 독특한 난황-쉘 구조를 가진 혼합물은 단순한 열수 경로와 후속 열처리에 의해 합성되었습니다. 샘플의 원소 분포, 조성 및 미세 구조는 투과 전자 현미경(TEM), X선 회절(XRD) 및 주사 전자 현미경(SEM)으로 각각 특성화되었습니다. 마이크로파 흡수 특성은 벡터 네트워크 분석(VNA)을 사용하여 조사했습니다. 결과는 NiO/NiCo2의 우수한 전자파 흡수 특성을 나타냅니다. O4 독특한 노른자 껍질 구조로 인해 혼합물이 달성되었습니다. 구체적으로, 샘플의 최대 반사 손실(RL) 값은 12.2GHz에서 최대 - 37.0dB에 도달했으며 RL이 - 10dB 미만인 흡수 대역폭은 2.0mm 두께의 흡수체에서 4.0GHz였습니다. 또한 NiO/NiCo2 O4 고온에서 제조된 혼합물은 우수한 열안정성을 나타냈다. 샘플의 마이크로파 흡수 특성을 개선하기 위한 가능한 메커니즘이 조사되었습니다.
<섹션 데이터-제목="배경">최근 무선통신의 등장 및 발전과 전자기기의 폭넓은 적용으로 전자기기의 전자파 오염이 심각한 문제가 되고 있다[1]. 지역 환경의 고출력 전자파는 서로 간섭하여 통신 시스템에 손상을 줄 수 있으며 미사일 오류, 항공기 추락 및 기타 재앙과 같은 심각한 사고를 유발할 수 있습니다. 따라서, 강력한 흡수, 넓은 대역폭, 얇은 두께 및 경량의 고효율 전자파 흡수(EMW) 흡수체를 개발하는 것이 매우 바람직합니다.
현재 EMW 흡수체에 대한 연구는 주로 전이금속 산화물[2, 3], 이원 금속 산화물[4], 탄소질 재료[5,6,7], 전도성 고분자[8], 자성 재료[9,10]에 집중되어 있습니다. ,11,12], 금속-유기-골조 재료[13,14], 그래핀 기반 하이브리드 재료[15,16,17,18,19,20,21]. 현재 NiO 및 NiCo2 O4 전자파의 흡수강도와 주파수대역의 고유한 특성으로 인해 많은 관심을 받고 있습니다. 우리 모두 알고 있듯이 NiCo2 O4 전기적 및 전기화학적 특성이 우수한 하이브리드 전이 금속 산화물 [22, 23] NiCo2의 잠재력 O4 [24] 및 NiCo2 O4 전자파 흡수를 위한 @PVDF 합성물[25]이 연구되었습니다. 흥미롭게도 최근 연구는 마이크로파 흡수 적용에서 NiO 및 관련 혼합물의 잠재력을 보여주었습니다[26, 27]. 따라서 NiO와 NiCo2의 조합 O4 전자파 흡수 재료의 제조를 위한 새로운 연구 분야가 되었습니다. 예를 들어, Liu et al. [28] NiCo2의 EMW 흡수 특성에 대한 몇 가지 조사를 수행했습니다. O4 /Co3 O4 /NiO 합성물. 그들의 결과는 샘플이 14.96GHz에서 - 28.6dB의 최대 RL 값을 나타냄을 보여주었습니다. 다공성 NiO/NiCo2 O4 연근과 같은 나노플레이크는 Liang과 동료들에 의해 마이크로웨이브 흡수제의 유망한 후보로 입증되었습니다[29]. NiO/NiCo2 O4 (60wt%)-왁스 하이브리드는 13.4GHz에서 - 47dB의 RL 값으로 가장 강한 EMW 흡수를 나타냈습니다. 그러나 NiO/NiCo2의 제조에 사용된 방법 O4 하이브리드 공정은 너무 복잡하여 대량 생산에 적합하지 않습니다. 그 결과, yolk-shell NiO/NiCO2의 손쉬운 제조 방법 개발 O4 우수한 EMW 성능을 가진 혼합물은 여전히 흥미로운 주제입니다.
여기에서는 NiO/NiCo2를 준비하기 위한 간단한 열수 방법과 후속 후열 처리를 보고합니다. O4 독특한 노른자 껍질 구조의 혼합물. 결과는 얻어진 샘플이 우수한 마이크로파 흡수 성능을 나타냄을 나타내었다. 구조, 표면 형태 및 마이크로파 흡수 성능 간의 관계도 논의되었습니다. 현재 연구는 NiO/NiCo2의 적용 시나리오를 크게 확장할 것입니다. O4 전자파 흡수제로서의 혼합물.
전구체는 먼저 간단한 열수 방법을 사용하여 제조되었습니다. 일반적인 합성에서 1mmol의 Ni(NO3 )2 , Co(NO3 2mmol )2 ·6H2 O 및 0.6몰의 요소(H2 NCONH2 ) 5 mL 이소프로판올(C3 H8 O) 및 25mL의 탈이온수를 넣은 다음 0.5시간 동안 교반하여 완전히 분산되도록 합니다. 이후, 생성된 용액을 폴리테트라플루오로에틸렌 반응기로 옮기고 120℃에서 12시간 동안 반응시켰다. 그 후, 오토클레이브를 자연적으로 실온으로 냉각시켰다. 그 후 원심분리기로 시료를 채취하고 각각 알코올과 탈이온수로 여러 번 세척하였다. 얻어진 습윤 분말을 진공 오븐에서 60℃에서 10시간 동안 건조시켰다. 분홍색 침전물은 대기 조건에서 각각 350°C, 450°C, 550°C 및 650°C에서 3.5시간 동안 추가로 소성되었습니다. 분석에 사용된 시약은 모두 분석적으로 순수했으며 추가 정제 없이 사용되었습니다.
하소된 생성물의 결정상은 Cu Kα를 사용하는 X선 회절계(XRD, PANalytical, Empyrean)로 특성화되었습니다. 방사선(λ =1.54178 Å, 40.0 kV). 시료의 구조, 형태, 조성, 원소 분포는 주사전자현미경(SEM, JEOL-6610LV)과 투과전자현미경(TEM, JEM-2100, INCAX-Max80)을 이용하여 관찰하였다. 획득한 샘플의 전자기 파라미터는 상온에서 2.0-18.0GHz 주파수 범위에서 투과-반사 모드를 사용하여 벡터 네트워크 분석기(VNA, AV3629D)로 검사했습니다. 어닐링 온도가 다른 샘플(350°C, 450°C, 550°C, 650°C)은 설명의 편의를 위해 각각 S1, S2, S3 및 S4로 표시됩니다.
다양한 열처리 온도에서 샘플의 X-선 특성 스펙트럼이 그림 1에 나와 있습니다. NiO(PDF#44-1159)와 NiCo2의 표준 카드 비교 O4 (PDF#20-0781), 650°C 및 550°C의 어닐링 온도에서 샘플의 회절 피크가 NiO(2θ =37.2°, 43.3° 및 62.9°) 및 NiCo2 O4 (2θ = 각각 31.1°, 36.7°, 44.6°, 59.1° 및 64.9°). XRD 패턴은 NiO/NiCo2 O4 혼합물은 실험에서 언급한 원료를 사용하여 성공적으로 합성됩니다. 그러나 NiO의 회절 피크는 열처리 온도가 550 °C 미만인 샘플에서 발견되지 않아 고온이 NiO 형성에 유리함을 나타냅니다. 열수 반응 단계에서 요소의 참여로 인해 소량의 NiCO3를 얻습니다. , NiO 및 CO로 분해될 수 있음2 고온에서. 동시에, 어닐링 온도가 증가함에 따라 NiCo2의 결정도가 O4 크리스탈도 최적화되어 있어 고온 환경에서 시료를 사용할 수 있습니다.
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샘플의 XRD 패턴
모든 샘플의 SEM 이미지는 그림 2에 나와 있습니다. 샘플의 현미경 사진에서 볼 수 있듯이 대부분의 샘플은 표면에 방대한 방사형 나노와이어와 함께 서로 다른 직경의 미소구체를 나타냅니다. 그러나 어닐링 온도가 증가함에 따라 650 °C의 어닐링 온도에 해당하는 샘플과 같이 샘플 표면에 크랙과 기공 덩어리가 생성됩니다.
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NiCo2의 SEM 이미지 O4 입자 및 NiO/NiCo2 O4 혼합물
NiO 및 NiCo2의 미세 구조와 분포를 더 조사하기 위해 O4 NiO/NiCo2에서 O4 혼합물, 투과 전자 현미경(TEM) 및 전자 회절 스펙트럼(EDS)을 사용하여 650°C의 어닐링 온도에서 샘플을 측정했습니다. Fig. 3a, b에서 전형적인 yolk-shell 구조를 볼 수 있다. 그림 3c에서 Co 요소는 주로 커널 부분에 집중되어 있습니다. 따라서 NiCo2 O4 주로 핵 내에 분포한다. Fig. 3d와 같이 Ni 원소의 분포를 보면 Shell층과 Kernel 부분 사이에 명확한 Gap이 존재하는데 이는 Co 원소의 분포와 다소 차이가 있다. 샘플의 XRD 패턴과 결합하여 NiO는 전체 중공 코어-쉘 구조의 외부 구에 주로 분포되어 있음을 유추할 수 있습니다. 조성은 그림 3d와 같이 EDS 분광법으로 확인하였다[30]. 또한 EDS 스펙트럼에 나타난 Cu, Cr, C 원소는 측정기 자체에 속합니다.
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TEM 이미지(a –ㄷ ) 및 EDS 이미지(d ) NiO/NiCo2 O4 어닐링 온도가 650°C인 혼합물
또한 다공성 구조는 재료의 유효 유전율을 감소시킬 수 있어 임피던스 매칭에 유리합니다[31, 32]. 샘플의 측정된 전자기 매개변수에 대한 후속 분석에 따르면, 이러한 변화는 샘플의 임피던스 매칭 정도를 개선하고 전자파 흡수 효과를 개선하는 데 도움이 될 수 있다고 믿어집니다.
상대 유전율(ε)을 포함한 재료의 전자기 매개변수는 잘 알려져 있습니다. γ =ε′-jε″ ) 및 상대 복합 투자율(μ γ =μ′-jμ″ ), EMW 흡수 성능에서 매우 중요한 역할을 합니다. 복소 유전율의 실수부(ε′ ) 및 복합 투자율(μ' )는 전기 및 자기 에너지에 대한 흡수 물질의 저장 용량을 나타내고 허수 부분은 전기 및 자기 에너지의 손실 용량을 나타냅니다[33, 34]. 이 두 전자기 매개변수가 가까우면 재료의 임피던스 일치가 양호함을 의미합니다. 이 실험에서 시료의 전자기 매개변수는 2-18GHz 주파수 범위에서 30wt%의 하중으로 파라핀 매트릭스에 복합 재료를 분산시켜 측정되었습니다. 측정된 전자기 매개변수를 다음 공식에 대입하면 다양한 두께의 전자기파에 대한 샘플의 반사 손실 능력을 시뮬레이션하고 계산할 수 있습니다[35].
$$ {Z}_{\mathrm{in}}\kern0.5em =\kern0.5em {Z}_0\sqrt{\frac{\mu_{\gamma }}{\varepsilon_{\gamma }}}\tanh \left(\mathrm{j}\frac{2\pi \mathrm{fd}}{\mathrm{c}}\sqrt{\mu_{\gamma }{\varepsilon}_{\gamma }}\right) $ $ (1) $$ \mathrm{RL}\left(\mathrm{dB}\right)\kern0.5em =\kern0.5em 201\mathrm{og}\left|\frac{Z_{\mathrm{in} }\kern0.5em \hbox{-} \kern0.5em {Z}_0}{Z_{\mathrm{in}}\kern0.5em +\kern0.5em {Z}_0}\right| $$ (2)여기서 ε′, ε″, μ′, μ″는 각각 유전율과 투자율의 실수부와 허수부를 나타냅니다. ƒ 값은 전자파의 주파수, d 흡수체의 두께, Z 0 는 여유 공간의 임피던스, Zin은 정규화된 입력 임피던스, c 는 자유 공간에서 빛의 속도입니다[36].
식 (1)~(2)에 따르면 반사 손실이 - 20dB에 도달하면 해당 재료가 EMW의 약 99%를 흡수한다고 결론을 내릴 수 있으며, 이는 샘플을 실제 요구에 적용할 수 있음을 의미합니다[37] .
샘플 유전율의 실수부(ε')와 허수부(ε″)는 각각 Fig. 4a, b에 나타나 있으며 서로 다른 온도에서 샘플 유전율의 실수부와 허수부의 변화는 다음과 같다. 신중하게 비교했습니다. 어닐링 온도가 350 °C인 샘플의 경우 주파수가 증가함에 따라 ε' 값이 72.6에서 30.3으로 감소하는 것으로 나타났습니다. 그러나 샘플의 ε″ 값은 다른 경향을 보이고 있으며 테스트 빈도 범위에서 전반적으로 감소하는 경향을 보입니다. 7.1~10.4GHz 범위에서 큰 변동이 있으며 이는 주로 유전 완화에 의해 발생합니다. 분명히, NiO/NiCo2의 ε′ 및 ε″ 값 O4 혼합물(550°C 및 650°C)은 NiCo2와 비교하여 크게 변하지 않습니다. O4 입자. Fig. 3에서 볼 수 있듯이 복합재료의 ε'는 열처리 온도가 증가함에 따라 감소한다. S3 및 S4의 전자기 매개변수는 경향이 매우 유사하며 S1 및 S2와 다릅니다. 테스트의 주파수 범위에서 S3와 S4의 ε′와 ε″는 각각 15.3~8.5와 4.1~2.0의 범위에서 변했습니다. 자유 전자 이론에 기초하여 샘플의 높은 ε″ 값은 높은 전도도를 가져왔습니다[38]. 그러나 전도도가 너무 높으면 유전율과 투자율이 일치하지 않아 마이크로파 흡수 성능에 좋지 않습니다. 전기저항이 높은 NiO 결정과 NiCo2를 결합한 경우 O4 , NiCo2의 전기 전도 네트워크의 형성 O4 방지되어 복합재의 전도성을 감소시킵니다. 모든 샘플에 대해 μ' 전체 주파수 범위에서 복소 투자율의 μ″와 음수에 이르기까지 각각 1과 0에 매우 가깝습니다[39, 40](추가 파일 1, 그림 S1). 이는 샘플의 자기가 작고 무시할 수 있음을 암시합니다.
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ε′의 주파수 의존성(a ) 및 ε″(b ) 다른 하소 온도를 가진 혼합물. 유전 손실 계수(c ) 및 임피던스 정합률(d ) 주파수 곡선에 대해 서로 다른 온도에서 합성된 샘플
일반적으로 전자파 재료의 반사 손실은 유전 손실 계수(tanδ e = ε″|ε′). 도 4c에 도시된 바와 같이, S3 및 S4에 대한 유전 손실 계수는 S1 및 S2에 대한 것보다 상당히 작다. S3 및 S4의 최대 유전 손실 계수는 각각 0.69(10.9Hz) 및 0.57(18Hz)입니다. 임피던스 정합비는 마이크로파 흡수체의 유전 손실 능력을 입증하기 위해 널리 사용됩니다[41]. 샘플의 임피던스 정합비는 다음과 같이 나타낼 수 있습니다. (3).
$$ {Z}_{\mathrm{r}}\kern0.5em =\kern0.5em \mid \frac{Z_{\mathrm{in}}}{Z_0}\mid \kern0.5em =\kern0.5em \mid \sqrt{\mu_{\gamma }/{\varepsilon}_{\gamma }}\tanh \left[j\left(2\pi \mathrm{fd}/\mathrm{c}\right)\sqrt {\mu_{\gamma }{\varepsilon}_{\gamma }}\right]\mid $$ (3)식에서 (3), f , c , Z 안에 , Z 0 , 및 Z r 는 각각 감쇠상수, 주파수, 빛의 속도, 흡수체의 입력 임피던스, 자유공간의 임피던스, 임피던스 정합비 값이다. 샘플의 전자기 손실 특성을 추가로 설명하기 위해 재료의 임피던스 매칭 비율이 도입되고 그림 4d에 표시됩니다. 흥미롭게도 NiO/NiCo2의 임피던스 매칭 비율이 O4 혼합물은 S1과 S2의 혼합물보다 훨씬 높습니다. 결과적으로 전자가 전자파 흡수에 더 효과적입니다.
샘플의 RL 곡선을 사용하여 마이크로파 흡수 성능을 반영할 수 있음이 분명합니다. 전송선 이론에 따라 전자기 매개변수에 따라 1.0~5.0mm 두께 범위의 마이크로파 흡수 매개변수를 시뮬레이션하고 계산할 수 있습니다. 2-18 GHz의 주파수 범위에서 서로 다른 온도에서 소성된 샘플의 이론적인 RL 곡선은 그림 5에 나와 있습니다. 일반적으로 RL이 - 10 dB보다 낮을 때 전자파 흡수율이 샘플은 90% 이상에 도달할 수 있으며[42], 이는 마이크로파 흡수 재료의 적용으로 달성되는 일반적인 성능 지수입니다. 도 5a 및 b에 따르면, S1 및 S2의 RL 값이 상대적으로 열악하고 - 10dB 미만의 대역폭이 없음을 명확하게 나타내었다. 그러나 샘플의 NiO 결정도가 증가함에 따라 NiO/NiCo2의 최소 반사 손실이 O4 혼합물은 − 10dB보다 훨씬 낮습니다. 도 5d에 도시된 S4와 같이 RL 값에 해당하는 - 10dB 이하의 주파수 범위는 10.6~14.6GHz이고 대역폭은 4.0GHz이다. 한편, 우리는 최소 반사 손실이 2.0mm의 흡수체 두께로 12.2GHz에서 - 37.0dB에 도달한다는 것을 발견했습니다. RL과 샘플의 두께 사이의 관계를 직관적으로 반영하기 위해 해당 3D 등고선 곡선이 그림 5에 나와 있습니다. 시뮬레이션된 전자파 반사 손실 이미지에서 S4는 1.5–5.0mm.
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샘플의 EM 반사 손실 곡선. a 위치 –d 350°C, 450°C, 550°C 및 650°C의 어닐링 온도에서 샘플의 반사 손실 곡선을 나타내며 오른쪽 이미지는 각각 샘플의 3D 반사 손실에 해당합니다.
NiCo2의 고유한 쌍극자 외에도 O4 및 NiO 상, 결함 쌍극자는 상 변환에 의해 야기되는 격자 결함의 형성으로 인해 생성됩니다[28]. 결과적으로 이러한 쌍극자는 교류 전자기장에서 방향 분극 완화에 의해 유전 손실을 생성합니다. 흥미롭게도, 계면 분극 완화는 NiO/NiCo2에서 발생합니다. O4 많은 이기종 인터페이스를 가진 혼합물은 유전 손실을 증가시킵니다. XRD 패턴에서 볼 수 있듯이 Annealing 온도가 550°C에 도달하면 37.2°, 43.3° 및 62.9°와 같은 일부 특징적인 피크를 찾을 수 있으며 이는 NiO의 생성을 보여줍니다. 35.49°에서 NiO의 회절 피크의 강도는 온도에 따라 강화되어 더 많은 NiO 결정이 생성되었음을 의미합니다.
가능한 메커니즘을 직관적으로 설명하기 위해 그림 6이라는 다이어그램 맵이 제공되었습니다. 그림에 따르면 NiO/NiCo2 O4 혼합물은 현저한 마이크로파 흡수 특성을 나타내며, 이는 다음과 같은 이유일 수 있습니다. 첫째, NiO/NiCo2 O4 혼합물은 이종 계면이 풍부하여 계면 분극 완화가 강해 유전 손실이 커집니다. 둘째, 쉘 코어 구조의 빈 공간과 중간 공간은 NiO/NiCo2의 완전한 노출을 가능하게 합니다. O4 전자파의 도입을 촉진하고 유전 공명을 생성하는 혼합물 물질을 대기로 방출합니다[43, 44]. 셋째, NiO/NiCo2의 독특한 yolk-shell 구조 O4 혼합물은 흡수된 전자기파를 여러 번 반사 및 흡수하여 샘플의 전자기파 손실을 향상시킬 수 있습니다[45, 46].
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NiO/NiCo2의 개략도 O4 전자파 감쇠 메커니즘에 대한 난황-쉘 구조의 혼합물
NiO/NiCo2 O4 난황-쉘 구조의 혼합물을 열수법으로 제조한 후 고온에서 어닐링하였다. 어닐링 온도가 650°C일 때 NiO/NiCo2 O4 혼합물은 순수한 NiCo2의 성능보다 훨씬 우수한 최고의 마이크로파 흡수 특성을 나타냅니다. O4 및 유사한 합성물. 복합 재료의 향상된 마이크로파 흡수 능력은 주로 계면 편광 이완, 결함 쌍극자에 의한 배향 편광 이완 및 독특한 요크-쉘 구조에 기인합니다. 이러한 복합 재료는 마이크로파 흡수 분야의 광범위한 응용 분야에 유망할 것으로 믿어집니다.
전자파 흡수;
반사 손실
나노물질
초록 태양 복사의 효율적인 광대역 흡수는 해수 담수화, 얼음 혐오성 및 기타 재생 에너지 응용 분야에 요구됩니다. 유전체/금속/유전체/금속 층으로 구성된 다층 흡수체의 대역폭을 넓히기 위해 두 개의 고손실 공진을 중첩하는 아이디어를 제안합니다. 시뮬레이션과 실험 모두에서 구조가 350~1200nm 범위의 파장에서 97%보다 높은 평균 흡수 효율을 가짐을 보여줍니다. 90%보다 큰 흡수의 대역폭은 최대 1000nm(410–1410nm)이며, 이는 이전 MIM 평면 흡수체의 대역폭(≤ 750nm)보다 큽니다. 특히 350~1000nm
금속 가공이란 당신은 차에 탈 때, 전화를 받을 때, 도구를 다룰 때, 또는 전자 제품을 켤 때마다 맞춤형 금속 가공의 결과를 보고 있습니다. 금속 제조 공정은 우리 경제에 매우 중요합니다. 그것이 없으면 우리의 전기 시스템은 작동할 수 없으며 집, 주방, 기업, 컴퓨터, 금속 탐지 및 차량 작동을 유지하는 구성 요소를 만들 수도 없습니다. 볼트와 나사는 칼붙이, 파이프 피팅, 자동차 부품, 수공구 및 수공구 세트와 같은 가공된 금속 제품의 예입니다. 정밀 금속 가공이 무엇을 포함하고 그것이 우리 삶의 여러 측면에 어떻게 영향
