本文關鍵詞： 棉纖維 鎳 原位復合 多孔碳 磁性能 電磁性能　出處：《河南大學》2016年碩士論文　論文類型：學位論文

【摘要】：從吸波原理上來講,磁性多孔碳納米復合材料是一種極具潛力的輕質(zhì)吸波材料,一方面,磁性金屬與碳材料都具有一定的電磁波耗散能力,二者復合,可以賦予材料更多的電磁波耗散機制,拓展其有效吸波頻段。另一方面,復合材料的多孔結(jié)構(gòu)不僅可以降低材料的整體密度,還利于提高材料的阻抗匹配行為,從而有助于電磁波進入到材料內(nèi)部。然而,迄今為止,以纖維素為前驅(qū)體,采用簡單的方法實現(xiàn)磁性多孔碳納米復合材料的制備及其電磁性能的研究尚未引起關注。本課題組前期利用原位還原方法制備得到纖維素/鎳納米顆粒的復合材料,研究結(jié)果表明,該復合材料具有較好的導電性能及一定的微波吸收性能�？紤]到纖維素材料本身是一種電磁惰性材料,而碳材料則是一種典型的電磁波吸收材料。在上述工作基礎上,將纖維素與硝酸鎳直接混合制備得到前驅(qū)體進行碳化和還原,可以一步制備得到碳/鎳磁性納米復合材料。在此過程中,借助于天然纖維素中有機成分的逸出及硝酸根的分解,有望實現(xiàn)對該復合材料孔道結(jié)構(gòu)的調(diào)控,制備得到磁性多孔碳納米復合材料。本論文擬通過組成和結(jié)構(gòu)調(diào)控,實現(xiàn)對材料電磁波耗散能力及阻抗匹配性能的調(diào)控,制備出輕質(zhì)高效的磁性多孔碳電磁波吸收材料。具體研究內(nèi)容如下:1.將硝酸鎳/棉纖維混合物為前驅(qū)體,在H2/Ar氣氛下,高溫煅燒制備Ni/C復合材料。結(jié)果表明,隨著硝酸鎳濃度的提高,所得樣品的多孔結(jié)構(gòu)趨于明顯,說明硝酸根的含量是多孔結(jié)構(gòu)形成的主要影響因素。電磁性能研究結(jié)果表明,在一定范圍內(nèi),隨硝酸鎳濃度的增加,Ni/C復合材料的電磁性能依次提高,當硝酸鎳濃度分別為0.3M和0.5M時,得到的Ni/C/石蠟復合材料(Ni/C填料含量50wt%)具有優(yōu)異的吸波性能。2.為了制備輕質(zhì)吸波材料,在上述工作基礎上,借助于原位復合的方法將具有吸波性能的石墨烯引入復合材料體系,制備得到石墨烯/鎳/碳三元復合材料。結(jié)果表明,在一定范圍,隨著吸波劑含量的增加,石蠟基復合材料的電磁波吸收性能逐漸增強,有效頻寬范圍逐漸變寬。當填料含量在40wt%時,表現(xiàn)出最佳的電磁波吸收性能,在頻率為9.6GHz時,其最低反射率的值可達-22dB,在2.5-18GHz的頻率范圍內(nèi)其反射率的值均低于-5dB。這說明,材料中石墨烯的引入賦予了材料更多的電磁波耗散機制,有望作為輕質(zhì)吸波材料。3.磁性多孔碳材料的孔道結(jié)構(gòu)不僅利于降低材料的密度,而且可以提高材料的阻抗匹配性能,使電磁波充分的進入材料內(nèi)部,更好的與吸波劑發(fā)生作用,有望實現(xiàn)電磁波在孔道結(jié)構(gòu)中的多重反射。本論文擬采用改進的制樣方式—浸漬法,制備多孔碳/石蠟復合材料。在實現(xiàn)樣品在基體中均勻分散的同時,保證了多孔結(jié)構(gòu)不被破壞。研究結(jié)果表明,借助于改進的制樣方式,磁性多孔碳納米復合材料在填料含量僅為10wt%就表現(xiàn)出理想的吸波性能,在頻率為15GHz處,其最低反射率的值可達-37dB。充分體現(xiàn)出其作為輕質(zhì)吸波材料的潛力。4.為了進一步調(diào)控材料的阻抗匹配性能,在上述工作基礎上,我們采用原位復合的方法在Ni/C復合體系中引入具有透波作用的組分--納米SiO2。研究SiO2的含量對Ni/C復合材料的形貌及電磁性能的影響規(guī)律。結(jié)果表明,納米SiO2的加入對復合材料的形貌產(chǎn)生明顯的影響,適量納米SiO2的引入有效的提高了復合材料的電磁吸波性能,當吸波劑含量僅為10wt%時,其最低反射率的值可達-45dB(8GHz)。該研究以纖維素和硝酸鎳為前驅(qū)體,采用原位復合的方法一步制備得到具有多孔結(jié)構(gòu)的磁性多孔碳納米復合材料,并系統(tǒng)研究了材料的結(jié)構(gòu)、組成、形貌等對其電磁性能的影響。從提高材料的電磁波耗散機制及阻抗匹配性能為目的,實現(xiàn)了對材料電磁性能的優(yōu)化,得到的材料在填料含量僅為10wt%時,即可表現(xiàn)出優(yōu)異的電磁波吸收性能。該研究一方面實現(xiàn)了輕質(zhì)電磁波吸收材料制備及性能調(diào)控,另一方面也為纖維素材料的資源化再利用提供了新的思路。
[Abstract]:On the other hand , with the increase of the concentration of nickel nitrate , the porous structure of Ni / C composite material is better than that of Ni / C / paraffin composite material ( Ni / C filler content is 50 wt % ) . A porous carbon / paraffin composite with porous structure is prepared by in - situ composite method . The results show that the porous carbon / paraffin composite material can be used as a light absorbing material .

【學位授予單位】：河南大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TB34

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本文編號：1505232