水热还原法制备纳米Ni粉及吸波性能

黄亚军，朱岩岩，靖辉隆，张 娜，管家虎

(宿州学院 化学化工学院，安徽 宿州 234000)

科技的发展让电子产品给人们带来便捷，但产生电磁波危害也不容忽视。所以吸波材料的研究和应用前景十分广阔[1-2]。近年来，纳米镍粉的制备和应用十分广泛[3]。镍是有良好磁性损耗机制的过渡性金属[4-5],具有宽频带、兼容性好[6]、质量轻和厚度薄等特点[7]，可作为吸波材料。

在还原剂为盐酸肼的条件下，以水热还原法，制备镍粉。盐酸肼的氧化产物是氮气，不会引入杂质且成本低[8]。通过水热法制得纳米颗粒具有尺寸小[9]、比表面积大、量子尺寸效应、表面效应等特点表现出了很多超出常规材料的优良性[10]。所以本次用盐酸肼为还原剂，分别在不同温度和还原剂浓度下制得纳米镍，观察镍粉的形貌并测试其吸波性能。

1 实验原料、方法及性能测试

1.1 纳米镍的制备

实验原料：NiCl2·6H2O，AR；N2H4·2HCl，AR，NaOH，AR，CH3CH2O，AR，PVP(K30)，AR。方法：称取2.425 g NiCl2·6H2O溶入蒸馏水中，使用超声清洗仪超声溶解。再将3.0 g N2H4·2HCl超声溶解于蒸馏水中，混合上述两溶液。混合溶液中滴加NaOH溶液，直至pH值到10。将混合溶液转至反应釜中，在烘箱中反应8 h后用磁分离法收集产物,用蒸馏水、乙醇多次洗涤，放于60℃真空干燥箱中干燥6 h。

1.2 样品的表征

使用DX-2600X射线衍射仪分析所制得纳米Ni粉物相结构，SU1510扫描电镜扫描纳米Ni粉形貌。同轴法在Av3672B-S矢量网络分析仪中测试样品的电磁参数。

2 结果与分析

2.1 物相分析

图1 不同还原剂浓度制备纳米镍粉的XRD图谱

图2 不同温度制备纳米镍粉的XRD图谱

图1是还原剂浓度不同情况下制得的纳米Ni粉。当浓度为0.4 mol/L，0.6 mol/L时，将制得产物的XRD衍射图与标准PDF卡片对比，制备镍粉为纯相面心立方结构(JCPDS NO.04-0850)。当还原剂浓度增加，纳米Ni粉开始结晶度变好。当还原剂浓度为0.3 mol/L时，制出的镍粉含有六方晶体结构Ni(OH)2杂质。图2分别是不同反应温度制备所得镍粉均为纯相，在一定范围内，随着温度增高，结晶度变好，颗粒尺寸增大。

2.2 微观形貌与粒度分析

图3为还原剂浓度为0.6 mol/L时，温度分别为90、120、180℃时制得的纳米Ni粉的SEM图。制得的镍粉为球形颗粒。当温度升高，镍粉颗粒尺寸增长。镍粉出现团聚现象的原因可能是：一是水热还原法制备纳米Ni表面活性较大，Ni颗粒中存有库仑力与范德华力的作用；二是纳米Ni粉末的磁性能优异，可能导致团聚[11]。

图3 不同还原剂浓度制备纳米镍粉的SEM图

2.3 电磁参数与吸波性能分析

图4为温度120℃，还原剂浓度0.6 mol/L制得的镍粉的电磁参数与频率的关系曲线。随着频率的慢慢变大，介电虚部开始上升，介电实部开始下降，在14.6 GHz有一个共振峰。可能是纳米镍粉在电磁场中，电偶极子发生介电弛豫现象。图5为纳米Ni粉的磁导率与电磁波频率的关系曲线，随着频率增大，磁导率的实部和虚部整体趋势呈下降趋势。原因可能是随着频率的升高，样品畴壁发生了运动和旋转。

图4 介电常数与电磁波频率的关系曲线

图5 磁导率与电磁波频率的关系曲线

根据所得电磁参数，通过上述公式计算画出反射率与频率关系曲线。因为小于-10 dB时有90%的电磁波被吸收[12]。由图6可知Ni粉在厚度为1 mm时吸波性能较差。增加厚度后镍粉的最强反射峰开始向下运动，并且在厚度为1.8 mm时吸波性能最好。此时在12.2 GHz处的最强反射损耗值为-36.7 dB，有效吸收频率范围9.8～13.6 GHz。

图6 纳米镍粉反射率和频率关系曲线

3 结论

(1)通过水热还原法制得纳米镍粉，分别对不同温度、不同还原剂浓度制得的样品进行表征，对照后得到制取纳米镍粉的合适温度为120℃、还原剂浓度为0.6 mol/L，纳米镍粉均为纯相面心立方结构。

(2)当涂层厚度大于1 mm时，反射吸收峰开始渐渐变小，吸波性能变好。涂层厚度大于1.9 mm后，吸波性能减弱。在厚度为1.8 mm时，此时的12.2 GHz处，最强吸收峰为-36.7 dB，频率在9.8～13.6 GHz时是有效吸收频率范围。