纳米TiO_2光学特性及其在电磁屏蔽吸收材料中的应用
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摘要
本文主要研究纳米TiO_2的光学特性。在理论上，阐述了纳米材料的吸波机理，分析了纳米颗粒形貌对纳米吸波材料性能的影响。在试验上，完成了纳米涂层的设计及制作；用TEM、XRD方法分析了纳米TiO_2粉末的形貌、粒径；用紫外-可见(UV-VIS)光谱法和红外(IR)光谱法对纳米TiO_2粉末的光吸收特性进行了分析；研究了纳米TiO_2涂层的透射性能。测量结果表明，采用粘接剂与纳米颗粒复合的方法来制作涂层，完全可行；纳米TiO_2粉末随着粒径的减小，其紫外吸收边产生蓝移，红外吸收峰产生红移和蓝移共存的现象，红外吸收带宽化；随着掺杂(纳米Fe_2O_3)含量的增多，其红外吸收峰宽化；涂层的电磁屏蔽性能随着掺入纳米TiO_2粉末的粒径、形貌、掺入量、入射波长、温度及涂层厚度的变化而改变。经过后续改进，综合考虑各种影响因素，则在理论上可以制成性能优良的电磁屏蔽涂层。这类涂层在日常生活、军事等领域将有着广泛的应用前景。
The optical characteristic of nano- TiO2 was studied in this thesis. This thesis theoretically explained the absorption mechanism of nanophase materials. The influence of the morphology of nanoparticles on its properties of electromagnetic wave absorption was analyzed. On the experiment, we fulfilled nano-coating's design and execution. The structure of the powders was studied by XRD and TEM. Using UV-VIS spectroscopy, the optical properties of the powders have been researched, the results show that the UV-VIS absorbing sides shift to higher frequencies when the grain-size becomes smaller. The optical properties of the powders were studied by IR spectroscopy, the results show that, with the grain-size become smaller, the IR absorbing sides of the powders shift to both lower frequencies and higher frequencies; With increase of Fe203 content, the absorption peaks of the TiO2/Fe2O3 extend, nano-TiO2 coating's transmitity characteristic was studied, and analyzed various effects to coating. The intension of this
thesis is to through measuring the optic characteristic of nano-materials, find the more excellent point compare with routine materials, and provide the experimental basis for application of nano-materials. The measuring result indicated that it is viable to preparation the coating in the way of compounding the adhesive and nano-particulate. If keeping improved, it can be successfully used as the materials of screening radiation.
The optical characteristic of nano- TiO2 was studied in this thesis. This thesis theoretically explained the absorption mechanism of nanophase materials. The influence of the morphology of nanoparticles on its properties of electromagnetic wave absorption was analyzed. On the experiment, we fulfilled nano-coating's design and execution. The structure of the powders was studied by XRD and TEM. Using UV-VIS spectroscopy, the optical properties of the powders have been researched, the results show that the UV-VIS absorbing sides shift to higher frequencies when the grain-size becomes smaller. The optical properties of the powders were studied by IR spectroscopy, the results show that, with the grain-size become smaller, the IR absorbing sides of the powders shift to both lower frequencies and higher frequencies; With increase of Fe203 content, the absorption peaks of the TiO2/Fe2O3 extend, nano-TiO2 coating's transmitity characteristic was studied, and analyzed various effects to coating. The intension of this
thesis is to through measuring the optic characteristic of nano-materials, find the more excellent point compare with routine materials, and provide the experimental basis for application of nano-materials. The measuring result indicated that it is viable to preparation the coating in the way of compounding the adhesive and nano-particulate. If keeping improved, it can be successfully used as the materials of screening radiation.
引文
1 张立德，牟季美．纳米材料和纳米结构[M]．北京：科学出版社，2001
2 宋胜梅，曾瑞．纳米TiO_2的特性及应用[J]．化工纵横，2001，5：21～24
3 胡永茂，项金钟，李茂琼．纳米TiO_2／的Fe_2O_3复合材料的制备及其红外吸收性能研究[J]．宇航材料工艺，2003，4：30～33
4 尹荔松，沈辉，张进修．纳米TiO_2的粉晶光学特性研究[J]．电子学报，2002，30(6)：808～810
5 李小甫，余海湖，王璇．TiO_2与聚合物复合薄膜的制备及表征[J]．武汉理工大学学报，2002，24(5)：8～11
6 曹剑瑜，卢文庆．纳米TiO_2的合成、表征及紫外吸收性能[J]．南京师大学报，2004，27(1)：51～54
7 李琪，王春霞，王钊．TiO_2／CF纳米颗粒膜光谱特性研究[J]．物理实验，2003，32(1)：45～47
8 Wang Zhong—chun, Ulf Helmersson, Per—Olov Kall. Optical Properties of Anatase TiO2 Thin Films Pre-pared by Aqueous Sol—Gel Process at Low Temperature [J] .Thin Solid Film, 2002, 405(1): 50—54.
9 Hirayama C, Ihara H, Nagaoka S, et al. Characterization of perfluoroalkyl polymer spherical particles for high-performance liquid chromatography[J]. Appl Polymer Sci: Applied Polymer Symposium, 1992, 52(1—4): 213
10 刘飚，官建国，王琦．纳米技术在微波吸收材料中的应用[J]．材料导报，2003，17(3)：45～48
11 葛副鼎，朱静．吸收剂颗粒形状对吸波材料性能的影响[J]．宇航材料工艺，1996，5：42～49
12 周克省等．纳米无机物／聚合物复合吸波功能材料．高分子材料科学与工程，2002，20(7)：15-19
13 张卫东等，国外隐身材料研究进展，宇航材料工艺，2000，3：1-10
14 秦嵘等，国外新型隐身材料研究动态，宇航材料工艺，1997，4：17-23
15 赵东林等，纳米雷达波吸收剂的研究和发展，材料工程，1998，5：3-5
16 周克省等，吸波材料的物理机制及其设计，中南工业大学学报，2001，32(6)：617-621
17 闵嘉华等，ZS纳米微粒的形态结构对其光学特性的影响，光学学报，2003，23(3)：257-260
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20 赵东林等，新型隐身材料的研究和发展，飞机设计，1997(2)：27～31
21 夏新仁等，隐身技术发展与趋势，电子对抗，，2002(1)：22-28
22 张明瑜等，ITO宽频谱隐身材料的作用机理探讨，矿冶工程，2003，23(1)：67～69
23 花国然等，纳米材料及其复合技术，南通工学院学报，2002，1(1)：29～33
24 曹克广，国外微波隐身材料的发展及现状，抚顺石油学院学报，1997，17(2)：29-32
25 张卫东等，纳米雷达隐身材料研究进展，宇航材料工艺，2001(3)：1-3
26 柯扬船等，聚合物-无机纳米复合材料，化学工业出版社，2003，398-439
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1999，22(4)：1-6
31 黄婉霞等，纳米级Fe_3O_4对电磁波吸收效能的研究，功能材料，1999，30(1)：105-106
32 孔德明等，掺杂聚苯胺吸波特性研究，高分子材料科学与工程，2000，16(3)：169-171
33 孔德明等，掺杂聚苯胺磁化率研究，高分子材料科学与工程，1999，15(3)：142-145
34 黄婉霞等，铁磁性Mn-Zn，Ni-Zn铁氧体与铁电体BaTiO_3复合材料吸收电磁波能力研究，四川联合大学学报，1998，2(6)：110-113
35 车超仁等，磁性粉体／聚乙烯复合材料的电磁特性，国防科技大学学报，1999，21(6)：24-26
36 王国强等，复合轻型吸收涂层电磁参数吸波性能研究，华中理工大学学报，2000，28(7)：111-113
37 Olmedo L 等, Microwase characterization and modelization of magnetic granular materials, Appl Phys, 1993, 73(10): 3035-3041
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40 汪敏强等，功能纳米复合材料的研究现状与展望，功能材料，2000，31(4)：337-400
41 廖绍彬等，微波吸收材料电磁参数的控制，宇航材料工艺，1989，4(5)：39-44
42 邱惠中，纳米材料及其在航空领域的应用，宇航材料工艺，1996(2)：7-10
43 葛副鼎等，超微颗粒吸收与散射截面，电子学报，1996(6)：82-84
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45 陈长虹等，基于VO_2薄膜非致冷红外探测器性能研究，红外与毫米波学报，2001，20(2)：136～138
46 朱惜辰等，红外探测器的进展，光子学报，2000(29)：10～14
47 曾戎等，高分子纳米复合材料研究进展，宇航材料工艺，1993(3)：1
48 王旭等，聚合物基纳米复合材料的研究进展，塑料，2000(4)：25
49 张立德等，纳米材料科学，辽宁科技出版社，1994
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58 尹荔松等，纳米TiO2薄膜的制备及其光学特性研究 中山大学学报 2000，39(4)：52-56
59 Masaki Suzukiet al, Characterization of silicon carbide-silicon nitride composite ultrafine particles synthesized using a CO_2 laser, Seramikkusu Ronbunshi, 1989,97( 4): 972
60 林元华等 纳米级ZnO-TiO_2复合粉体的制备及其性能表征 功能材料 1999，30(5)：507-508
61 黄德欢，纳米技术与应用，中国纺织大学出版社，2001，129-154
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63 李凤生等，纳米／微米复合技术及应用，国防工业出版社，2002，182-186
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67 付伟，飞机光电隐身技术，电光与控制，2002，9(1)7-9
68 马东立等，机翼的雷达散射截面计算，北京航空航天大学学报，1995，21(2)：40-45
69 徐则川等，金属粗糙表面电磁波的吸收和散射，华中理工大学学报，21，增刊，1993，175-179
70 陈国新等，纳米紫外屏蔽透明涂料，化工新型材料，2003，31(1)：24-26
71 何毅等，粗糙表面激光散射特性的理论研究，光学学报，1997，17(9)：1202-1207
72 曹莹等，纳米雷达吸波涂层的研制，材料保护，1997，35(6)：14-26
73 Ishikawa Kenji 等, Size Effect on the Ferroelectric Phase Transition in PbTiO3 Ultrarine Particles, Phys Review B, 1988(37): 5852
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76 张汝冰，复合纳米材料制备研究(Ⅰ)，火炸药学报，1999，22(1)：45-48
77 张汝冰，复合纳米材料制备研究(Ⅱ)，火炸药学报，2000，23(1)：59-61
78 杨毅等，超细粒子复合技术进展，材料导报，2001，15(3)：35
79 祖庸等，新型防晒剂---纳米二氧化钛，化工新型材料，1998(6)：26
80 王浚等，纳米TiO2膜的制备及电学性能研究，无机材料学报，1998，13(6)：866-870
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78 杨毅等，超细粒子复合技术进展，材料导报，2001，15(3)：35
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