新型納米氮化鈦的磁性及微波吸收性能研究.pdf

1、在過渡金屬氮化物中，氮化鈦(TiN)作為一種性能優(yōu)異的陶瓷材料引起人們廣泛的關(guān)注。TiN具有高熔點(2950℃)、高硬度、良好的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性以及優(yōu)異的環(huán)境穩(wěn)定性，作為一種重要的導(dǎo)電陶瓷材料在電子技術(shù)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用；而TiN涂層可以提高刀具的硬度、耐腐蝕性能及化學(xué)穩(wěn)定性。然而，迄今未見關(guān)于TiN作為新型微波吸收材料和稀磁材料的相關(guān)研究報道。鑒于此，我們以納米管鈦酸(NTA)作為前驅(qū)體，將其在流動的氨氣氣氛中高溫煅燒，制備了新型納米T

2、iN；利用高分辨透射電鏡(HRTEM)、X射線衍射儀(XRD)、掃描電鏡(SEM)、能譜儀(EDS)等系統(tǒng)分析了產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)和組成，探討了缺陷對其電磁性能和磁性能的影響。本文主要研究內(nèi)容和結(jié)果如下：
　　 1.以NTA作為前驅(qū)體，將其在流動的氨氣氣氛中于900℃下氮化4h，使其管狀結(jié)構(gòu)完全破壞，轉(zhuǎn)變?yōu)槠骄叽鐬?0～30nm的TiN納米微粒；分析了TiN納米微粒的晶體結(jié)構(gòu)和化學(xué)組成，并測定了其電磁損耗和微波吸收性能。結(jié)果表明，隨著

3、氮化時間的延長，TiN晶格中的N元素含量逐漸增加、晶格常數(shù)變大，XRD譜峰向低角度方向位移。有別于商品TiN，所制備的新型納米TiN微粒對波長400～2500nm的光幾乎具有完全吸收能力，并對2～18GHz范圍內(nèi)的電磁波具有明顯的電磁損耗能力。當(dāng)吸波層厚度為3mm時，相應(yīng)的TiN-石蠟復(fù)合材料在6.6GHz處的最小反射損耗達(dá)-27dB，顯示出良好的微波吸收性能。結(jié)合產(chǎn)物的晶體結(jié)構(gòu)和化學(xué)組成分析結(jié)果，我們推測，這種新型納米TiN微粒的奇特

4、的電磁性能可能同其制備過程中產(chǎn)生大量的結(jié)構(gòu)缺陷有關(guān)?？紤]到TiN具有良好的高溫穩(wěn)定性，這種新型的納米TiN很可能是一種潛在的耐高溫微波吸收材料。
　　 2.采用超導(dǎo)量子干涉儀測定了新型納米TiN微粒的磁性能。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，所得到的納米TiN在室溫下表現(xiàn)出從抗磁性到鐵磁性的轉(zhuǎn)變；當(dāng)?shù)瘯r間足夠長時，未經(jīng)任何磁性元素?fù)诫s的納米TiN具有清晰的室溫鐵磁性。作為一種超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度較低的超導(dǎo)材料，這種新型納米TiN微粒同時具有室溫磁轉(zhuǎn)變特性，實

5、屬罕見。我們推測，其特異的磁性能與其含有大量的結(jié)構(gòu)缺陷相關(guān)，并可能同其組成存在某種內(nèi)在的聯(lián)系。
　　 3.對新型納米TiN微粒進(jìn)行了摻雜研究，嘗試?yán)卯愘|(zhì)元素?fù)诫s在TiN微粒中引入不同種類、不同數(shù)量的缺陷，著重考察了摻雜元素種類和數(shù)量對納米TiN磁性和電磁性能的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，摻雜元素可以均勻地進(jìn)入TiN的晶格，導(dǎo)致晶格畸變。與此同時，不論是摻雜磁性元素Fe，還是摻雜非磁性元素Li或B，摻雜后的納米TiN均顯示室溫鐵磁性；而Fe