Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Gia công hình dạng và kích thước của tinh thể Fe3O4 bằng quy trình oxy hóa–lắng đọng để tăng cường khả năng hấp thụ vi sóng
Tóm tắt
Các vật liệu hấp thụ vi sóng được tinh chế ở quy mô nanoscale được biết đến với các tính chất điện từ thú vị, trong khi đó, nghiên cứu về sự phụ thuộc của hình dạng và kích thước đến hiệu suất hấp thụ vi sóng còn chưa đủ. Trong nghiên cứu này, tinh thể đơn sắc Fe3O4 với nhiều hình dạng khác nhau như nanoblock, nanowire và nanosphere đã được chế tạo bằng quy trình oxy hóa–lắng đọng hỗ trợ chất hoạt động bề mặt trong môi trường không có ôxy mà không cần nồi hấp. Trong các đặc trưng vi cấu trúc, một phân bố kích thước rộng từ 30–200 nm cho nanoblock Fe3O4 và kích thước đồng nhất khoảng 50 nm cho nanosphere Fe3O4 đã được thu được, trong khi nanowire Fe3O4 cho thấy tỷ lệ chiều dài so với đường kính không đồng nhất. Trong phân tích điện từ, nanoblock Fe3O4 có độ từ hóa bão hòa cao hơn và độ giữ từ tăng lên so với nanowire và nanosphere Fe3O4. Cả độ thẩm thấu và độ điện dung của nanosphere Fe3O4 đều bị giới hạn, trong khi hằng số suy giảm tăng lên ở tần số cao hơn do sự ghép nối điện từ hiệu quả. Khi độ dày hấp thụ đạt 3,5 mm, tổn thất phản xạ của nanowire Fe3O4 đạt giá trị tối thiểu là -29,7 dB tại khoảng 7,3 GHz, trong khi băng thông hấp thụ hiệu quả (tổn thất phản xạ ≤ -10 dB) của nanoblock Fe3O4 bao phủ 5,6 GHz, cho thấy tiềm năng ứng dụng của chúng trong các thiết bị điện từ.
Từ khóa
#Fe3O4 #vật liệu hấp thụ vi sóng #nanocrystals #quy trình oxy hóa–lắng đọng #tính chất điện từTài liệu tham khảo
K.K. Kefeni, T.A.M. Msagati, B.B. Mamba, Ferrite nanoparticles: synthesis, characterisation and applications in electronic device. Mater. Sci. Eng. B 215, 37–55 (2017)
L.C. Cheng, H.Y. Zhou, J.L. Xiong, S.K. Pan, J.L. Luo, Microstructure, electromagnetic and microwave absorbing properties of plate-like LaCeNi powder. J. Mater. Sci. Mater. Electron. 29, 18030–18035 (2018)
S.L. Wen, Y. Liu, X.C. Zhao, Effect of annealing on electromagnetic performance and microwave absorption of spherical cobalt particles. J. Phys. D 48, 405001 (2015)
I.M. De Rosa, F. Sarasini, M.S. Sarto, A. Tamburrano, EMC impact of advanced carbon fiber/carbon nanotube reinforced composites for next-generation aerospace applications. IEEE Trans. Electromagn. Compat. 50, 556–563 (2008)
T. Zhang, B. Xiao, P.Y. Zhou, L. Xia, G.W. Wen, H.B. Zhang, Porous-carbon-nanotube decorated carbon nanofibers with effective microwave absorption properties. Nanotechnology 28, 355708 (2017)
A. Xie, F. Wu, M.X. Sun, X.Q. Dai, Z.H. Xu, Y.Y. Qiu, Y. Wang, M.Y. Wang, Self-assembled ultralight three-dimensional polypyrrole aerogel for effective electromagnetic absorption. Appl. Phys. Lett. 106, 222902 (2015)
Y. Xia, S.F. Yuan, S.B. An, J. Jiang, L. Gan, T.J. Zhang, Microwave dielectric properties of the (1-x)(Mg0.97Zn0.03)(Ti0.97Sn0.03)O3-x(Ca0.8Na0.1Sm0.1)TiO3 ceramic system. J. Mater. Sci. Mater. Electron. 29, 18791–18796 (2018)
T.A. Taha, S. Elrabaie, M.T. Attia, Green synthesis, structural, magnetic, and dielectric characterization of NiZnFe2O4/C nanocomposite. J. Mater. Sci. Mater. Electron. 29, 18493–18501 (2018)
M. Zeng, J. Liu, M. Yue, H.Z. Yang, H.R. Dong, W.K. Tang, H. Jiang, X.F. Liu, R.H. Yu, High-frequency electromagnetic properties of the manganese ferrite nanoparticles. J. Appl. Phys. 117, 17B527 (2015)
R. Han, W. Li, W.W. Pan, M.G. Zhu, D. Zhou, F.S. Li, 1D magnetic materials of Fe3O4 and Fe with high performance of microwave absorption fabricated by electrospinning method. Sci. Rep. 4, 7493 (2014)
J. Liu, M. Zeng, R.H. Yu, X.F. Liu, M.G. Zhu, Size influence to the high-frequency properties of granular magnetite nanoparticles. IEEE T. Magn. 50, 2801304 (2014)
A.G. Yan, Y.J. Liu, Y. Liu, X.H. Li, Z. Lei, P.T. Liu, A NaAc-assisted large-scale coprecipitation synthesis and microwave absorption efficiency of Fe3O4 nanowires. Mater. Lett. 68, 402–405 (2012)
K. Jia, J.D. Zhang, X. Huang, X.B. Liu, Size dependent electromagnetic properties of Fe3O4 nanospheres. Chem. Phys. Lett. 614, 31–35 (2014)
L.L. Zhang, P. Dai, X.X. Yu, Y. Li, Z.W. Bao, J. Zhu, K.R. Zhu, M.Z. Wu, X.S. Liu, G. Li, H. Bi, The preparation of Fe3O4 cube-like nanoparticles via the ethanol reduction of α-Fe2O3 and the study of its electromagnetic wave absorption. Appl. Surf. Sci. 359, 723–728 (2015)
Y. Liu, T.T. Cui, Y.N. Li, Y.T. Zhao, Y.C. Ye, W.H. Wu, G.X. Tong, Effects of crystal size and sphere diameter on static magnetic and electromagnetic properties of monodisperse Fe3O4 microspheres. Mater. Chem. Phys. 173, 152–160 (2016)
W.X. Li, B.L. Lv, Y. Xu, Sub-30 nm Fe3O4 and γ-Fe2O3 octahedral particles: preparation and microwave absorption properties. J. Nanoparticle Res. 15, 2114 (2013)
M. Jazirehpour, S.A.S. Ebrahimi, Effect of aspect ratio on dielectric, magnetic, percolative and microwave absorption properties of magnetite nanoparticles. J. Alloy Compd. 638, 188–196 (2015)
Y. Yang, M. Li, Y.P. Wu, B.Y. Zong, J. Ding, Size-dependent microwave absorption properties of Fe3O4 nanodiscs. RSC Adv. 6, 25444–25448 (2016)
X.L. Wang, Y.G. Liu, H.Y. Han, K. Mølhave, H.Y. Sun, Enhanced high-frequency microwave absorption of Fe3O4 architectures based on porous nanoflake. Ceram. Int. 43, 16013–16017 (2017)
X. Liu, K.Y. Cao, Y.Z. Chen, Y.T. Ma, Q.F. Zhang, D.Q. Zeng, X.L. Liu, L.S. Wang, D.L. Peng, Shape-dependent magnetic and microwave absorption properties of iron oxide nanocrystals. Mater. Chem. Phys. 192, 339–348 (2017)
G.X. Tong, W.H. Wu, R. Qiao, J.H. Yuan, J.G. Guan, H.S. Qian, Morphology dependence of static magnetic and microwave electromagnetic characteristics of polymorphic Fe3O4 nanomaterials. J. Mater. Res. 26, 1639–1645 (2011)
H.Z. Zhang, J.H. Zhao, X.M. Ou, Facile synthesis of Fe3O4 nanowires at low temperature (80 °C) without autoclaves and their electromagnetic performance. Mater. Lett. 209, 48–51 (2017)
K. Pal, U.N. Maiti, T.P. Majumder, S.C. Debnath, A facile strategy for the fabrication of uniform CdS nanowires with high yield and its controlled morphological growth with the assistance of PEG in hydrothermal route. Appl. Surf. Sci. 258, 163–168 (2011)
K. Seo, K. Sinha, E. Novitskaya, O.A. Graeve, Polyvinylpyrrolidone (PVP) effects on iron oxide nanoparticle formation. Mater. Lett. 215, 203–206 (2018)
X.G. Huang, Y.Y. Chen, J.H. Yu, J. Zhang, T.Y. Sang, G.X. Tao, H.L. Zhu, Fabrication and electromagnetic loss properties of Fe3O4 nanofibers. J. Mater. Sci.: Mater. Electron. 26, 3474–3478 (2015)
L.Y. Zhang, Y.F. Zhang, Fabrication and magnetic properties of Fe3O4 nanowire arrays in different diameters. J. Magn. Magn. Mater. 321, L15–L20 (2009)
J.G. Zhao, J.Z. Yin, S.G. Yang, Hydrothermal synthesis and magnetic properties of α-MnO2 nanowires. Mater. Res. Bull. 47, 896–900 (2012)
Y.J. Liang, F.G. Fan, M. Ma, J.F. Sun, J. Chen, Y. Zhang, N. Gu, Size-dependent electromagnetic properties and the related simulations of Fe3O4 nanoparticles made by microwave-assisted thermal decomposition. Colloid. Surface. A 530, 191–199 (2017)
S.L. Wen, Y. Liu, X.C. Zhao, J.W. Cheng, H. Li, Synthesis, dual-nonlinear magnetic resonance and microwave absorption properties of nanosheet hierarchical cobalt particles. Phys. Chem. Chem. Phys. 16, 18333–18340 (2014)
Q. Zhang, C.F. Li, Y.N. Chen, Z. Han, H. Wang, Z.J. Wang, D.Y. Geng, W. Liu, Z.D. Zhang, Effect of metal grain size on multiple microwave resonances of Fe/TiO2 metal-semiconductor composite. Appl. Phys. Lett. 97, 133115 (2010)
A. Aharoni, Exchange resonance modes in a ferromagnetic sphere. J. Appl. Phys. 69, 7762–7764 (1991)
P. Toneguzzo, G. Viau, O. Acher, F. Fiévet-Vincent, F. Fiévet, Monodisperse ferromagnetic particles for microwave applications. Adv. Mater. 10, 1032–1035 (1998)