本文關(guān)鍵詞：石墨烯三維復合材料的制備及其微波吸收性能研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

《西北工業(yè)大學》 2014年

石墨烯三維復合材料的制備及其微波吸收性能研究

王雷  

【摘要】：由于電子設(shè)備及通訊設(shè)施在工業(yè)、商業(yè)和軍事領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，電磁干擾問題日益嚴重。采用吸波材料衰減這些有害的電磁波能量是一種有效的方法，理想的吸波材料應(yīng)該具有厚度薄、吸收頻帶寬、質(zhì)量輕、吸收強、良好的化學穩(wěn)定性和抗氧化性能等優(yōu)點。石墨烯是一種由碳元素通過sp2雜化軌道組成的平面二維結(jié)構(gòu)碳材料，具有優(yōu)異的導電性、導熱性、機械性能及高的比表面積。石墨烯這些優(yōu)異的性能使其有望滿足理想吸波材料的上述要求，是一種潛在的理想吸波材料。但石墨烯優(yōu)異的導電性使其阻抗匹配特性差，單獨使用時吸波性能較差，與其它類型的吸波材料復合，改善阻抗匹配特性是一種有效的提高其吸波性能的方法。目前有關(guān)石墨烯基吸波材料的研究主要集中在二維材料方面，而對于其三維材料的研究較少。本文將石墨烯與其它類型的吸波材料復合構(gòu)筑了石墨烯三維結(jié)構(gòu)，并研究了其吸波性能，主要研究內(nèi)容如下： 結(jié)合溶膠-凝膠和水熱法制備了一種新型的石墨烯@Fe3O4@SiO2@NiO納米片陣列三維復合材料。采用一縮二乙二醇作為還原劑和溶劑，，同時還原FeCl3和氧化石墨烯原位制備了石墨烯@Fe3O4；進而通過石墨烯@Fe3O4與正硅酸四乙酯的溶膠-凝膠反應(yīng)制備石墨烯@Fe3O4@SiO2；最終通過水熱法、結(jié)合熱解過程在石墨烯@Fe3O4@SiO2表面垂直生長了NiO納米片陣列，制備了石墨烯@Fe3O4@SiO2@NiO納米片陣列三維復合材料。電磁參數(shù)研究表明，石墨烯@Fe3O4@SiO2@NiO納米片陣列三維結(jié)構(gòu)的吸波性能優(yōu)于石墨烯@Fe3O4和石墨烯@Fe3O4@SiO2，這與其特殊的三維結(jié)構(gòu)、大的比表面積及多孔結(jié)構(gòu)有關(guān)。石墨烯@Fe3O4@SiO2@NiO納米片陣列三維結(jié)構(gòu)的最大吸收位于14.6GHz，為-51.5dB，-10dB以下的吸收頻帶寬度為5.1GHz (12.4~17.5GHz)，相應(yīng)的匹配厚度僅為1.8mm。 通過綠色化學方法在石墨烯@Fe3O4納米簇@C復合材料表面構(gòu)筑了MnO2納米片陣列，制備了石墨烯@Fe3O4納米簇@C@MnO2納米片陣列三維復合材料。以原位溶劑熱法制備了石墨烯@Fe3O4納米簇；進而通過水熱法結(jié)合熱解過程制備了石墨烯@Fe3O4納米簇@C；最后，通過石墨烯@Fe3O4納米簇@C復合材料表面C與高錳酸鉀的綠色還原，在其表面構(gòu)筑了MnO2納米片陣列，制備了石墨烯@Fe3O4納米簇@C@MnO2納米片陣列三維復合材料。電磁參數(shù)研究表明，石墨烯@Fe3O4納米簇@C@MnO2納米片陣列三維結(jié)構(gòu)的吸波性能優(yōu)于石墨烯@Fe3O4納米簇，這與其特殊的三維結(jié)構(gòu)和大的比表面積有關(guān)。石墨烯@Fe3O4@SiO2@NiO納米片陣列三維結(jié)構(gòu)的最大吸收位于15GHz，為-38.8dB，-10dB以下的吸收頻帶寬度為5.4GHz (12.3~17.7GHz)，相應(yīng)的匹配厚度僅為1.8mm。 通過多步反應(yīng)制備了兩種石墨烯@Fe3O4@C@PANI納米棒陣列三維復合材料，分別為PANI納米棒陣列共價鍵修飾的石墨烯@Fe3O4@C，和PANI納米棒陣列非共價鍵修飾的石墨烯@Fe3O4@C三維結(jié)構(gòu)。電磁參數(shù)研究表明，PANI納米棒陣列與石墨烯@Fe3O4@C間的鍵合方式對石墨烯@Fe3O4@C@PANI納米棒陣列三維結(jié)構(gòu)的吸波性能具有顯著影響。PANI納米棒陣列共價鍵修飾的石墨烯@Fe3O4@C三維結(jié)構(gòu)的吸波性能優(yōu)于PANI納米棒陣列非共價鍵修飾的石墨烯@Fe3O4@C，最大吸收位于11.4GHz，為-44.2dB，-10dB以下的吸收頻帶寬度為5.8GHz (9.7~15.5GHz)，相應(yīng)的匹配厚度為3mm。因此，可通過共價鍵構(gòu)筑具有“薄”、“寬”、“輕”、“強”的新型石墨烯基三維材料吸波材料。 通過N-摻雜石墨烯@PANI納米棒陣列與乙酰丙酮鐵溶劑熱反應(yīng)制備了N-摻雜石墨烯@PANI納米棒陣列@Fe3O4納米簇三維復合材料，并采用XRD、Raman、FTIR、VSM、XPS、TEM和FESEM對其進行表征。結(jié)果表明，粒徑約40nm的Fe3O4納米簇均勻的分布于N-摻雜石墨烯@PANI納米棒陣列表面，由于復合材料中Fe3O4納米簇的存在，室溫下其具有超順磁性。電磁參數(shù)研究表明，N-摻雜石墨烯@PANI納米棒陣列@Fe3O4納米簇三維結(jié)構(gòu)的吸波性能優(yōu)于N-摻雜石墨烯@PANI納米棒陣列，增強的吸波性能可能與良好的阻抗匹配和多級界面極化有關(guān)。N-摻雜石墨烯@PANI納米棒陣列@Fe3O4納米簇三維結(jié)構(gòu)的最大吸收為-40.8dB，位于14.8GHz，-10dB以下的吸收頻帶寬度為5.1GHz (14.4~15.4GHz)，相應(yīng)的匹配厚度為2.7mm。 使用尿素作為碳源，Co納米顆粒作為催化劑，一步熱解法制備了石墨烯@碳納米管三維復合材料，而且通過前驅(qū)體中尿素含量的控制可容易的調(diào)控石墨烯表面碳納米管的覆蓋率和長度。電磁參數(shù)研究表明，石墨烯表面碳納米管的覆蓋率和長度對石墨烯@碳納米管三維結(jié)構(gòu)的吸波性能具有顯著影響。當前驅(qū)體中尿素含量為15.0g時，300~600nm長的碳納米密集分布于石墨烯表面，這時石墨烯@碳納米管三維結(jié)構(gòu)的吸波性能較好，最大吸收位于8.6GHz，為-44.6dB，-10dB以下的吸收頻帶寬度為3.3GHz (7.1~10.4GHz)，而其在石蠟中的添加量僅為5wt%。 通過多步反應(yīng)制備了三種石墨烯@SiO2@NiO三維材料，分別為石墨烯@SiO2@NiO納米顆粒、石墨烯@SiO2@NiO納米片陣列和石墨烯@SiO2@NiO納米花。電磁參數(shù)研究表明，與石墨烯@SiO2@NiO納米顆粒和石墨烯@SiO2@NiO納米花相比，石墨烯@SiO2@NiO納米片陣列的吸波性能較好，其最大吸收位于11.6GHz，為-43.8dB，-10dB以下的吸收頻帶寬度為5.8GHz (9.2~15GHz)。此外，還對其吸波機理進行了討論。

【關(guān)鍵詞】：
【學位授予單位】：西北工業(yè)大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：TB33;O613.71
【目錄】：

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7 韓超群;石墨烯在不平整表面上吸附的分子動力學研究[D];華東師范大學;2011年

8 周靜;氧化石墨烯和石墨烯的制備、表征與應(yīng)用[D];南京大學;2011年

9 王寬;石墨烯的室溫簡易制備及其電容性能研究[D];陜西師范大學;2011年

10 廖旭;石墨烯摩擦性質(zhì)研究[D];電子科技大學;2011年

  本文關(guān)鍵詞：石墨烯三維復合材料的制備及其微波吸收性能研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：96541