作為一種二維碳納米材料,石墨烯具有優(yōu)異的導電性、高導熱性、低密度等特點,可用于制備超輕的微波吸收材料,進而彌補傳統(tǒng)吸波材料密度大、材料負載量高等應用弊端。但是石墨烯不具備磁性,單獨使用純石墨烯作為吸波材料時,其電磁匹配特性有待進一步改善。基于此,本文通過非金屬原子摻雜改性以改善其磁性和電磁匹配特性,進而去調(diào)節(jié)材料的微波吸收性能。本文提出通過氮元素摻雜改善石墨烯磁性,進而調(diào)節(jié)其微波吸收性能的設計思路。探究了氮元素的摻雜方法、反應條件、前驅(qū)體氧化石墨烯(GO)特性對于摻雜含量、摻雜位點以及石墨烯磁性的影響。(i)水熱反應方法從實驗層面驗證了吡咯型氮原子是氮摻雜石墨烯磁矩的主要來源,與理論結果中每個吡咯型氮原子可以貢獻最多的磁矩(0.94μB)相符合。(ii)熱處理方法發(fā)現(xiàn),氮原子的引入主要通過某些特定的含氧官能團進行,且摻雜和還原之間存在一定的競爭關系。單純的900°C高溫處理可以獲得0.60 emu/g的飽和磁化強度(Ms),但是在相同的熱處理溫度下,摻雜氮原子可以進一步使飽和磁化強度提高至0.67 emu/g。(iii)在熱處理方法的基礎上,我們研究了三種不同的GO前驅(qū)體(波紋狀型氧化...

【文章頁數(shù)】：133 頁

【學位級別】：博士

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摘要
Abstract
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1 第一章 緒論
    1.1 電磁波吸收材料的研究目的和意義
    1.2 電磁波吸收材料概述
        1.2.1 吸波材料的電磁特性
        1.2.2 吸波材料的設計原則
        1.2.3 吸波材料的評價標準
        1.2.4 吸波性能的測試方法
        1.2.5 吸波材料的分類
    1.3 石墨烯的磁性探索
        1.3.1 鋸齒形邊緣
        1.3.2 空位缺陷
        1.3.3 吸附原子
        1.3.4 應變調(diào)控
        1.3.5 非金屬原子摻雜
    1.4 石墨烯在微波吸收中的應用
        1.4.1 石墨烯復合材料
        1.4.2 非金屬元素摻雜的石墨烯
    1.5 論文選題的目的和研究內(nèi)容
        1.5.1 本文選題的目的與意義
        1.5.2 主要研究內(nèi)容
2 第二章 主要實驗試劑、儀器和表征方法
    2.1 實驗試劑
    2.2 實驗儀器
    2.3 表征方法
        2.3.1 掃描電子顯微鏡(SEM)
        2.3.2 透射電子顯微鏡(TEM)
        2.3.3 拉曼光譜(Raman)
        2.3.4 X射線衍射(XRD)
        2.3.5 X射線光電子能譜(XPS)
        2.3.6 掃描探針顯微鏡(SPM)
        2.3.7 傅里葉紅外光譜儀(FTIR)
        2.3.8 綜合物性測量系統(tǒng)-振動樣品磁強計(PPMS-VSM)
        2.3.9 矢量網(wǎng)絡分析儀(VNA)
3 第三章氮源濃度對于摻雜石墨烯結構和電磁性能的影響
    3.1 樣品的制備和表征
        3.1.1 氧化石墨烯(GO)的制備
        3.1.2 還原氧化石墨烯(rGO)的制備
        3.1.3 不同氮源濃度的摻雜石墨烯(NrGO)的合成
        3.1.4 樣品的磁性和微波吸收性能表征
    3.2 摻雜前后石墨烯樣品的形貌和結構差異
    3.3 氮源濃度對于摻雜含量的影響
    3.4 氮類型對于石墨烯磁性的貢獻
    3.5 摻雜前后的石墨烯電磁性能對比
        3.5.1 電磁參數(shù)
        3.5.2 衰減和匹配的平衡
        3.5.3 基于λ/4原理的吸收行為
        3.5.4 與其他研究結果的對比
    3.6 本章小結
4 第四章反應溫度對于摻雜石墨烯結構和電磁性能的影響
    4.1 不同反應溫度的摻氮石墨烯的合成
    4.2 反應溫度對于摻氮石墨烯形貌的影響
    4.3 反應溫度對于摻雜/還原和氮位點的調(diào)控
    4.4 反應溫度對于摻雜石墨烯樣品結構的影響
    4.5 摻雜和還原對于石墨烯磁性的貢獻分析
    4.6 電磁性能分析
        4.6.1 GO,rGO和NrGO的電磁參數(shù)
        4.6.2 反應溫度對于NrGO的介電常數(shù)和吸波性能的影響
        4.6.3 摻雜石墨烯的吸波機理分析
    4.7 本章小結
5 第五章前驅(qū)體對摻雜石墨烯結構和電磁性能的影響
    5.1 三種不同形貌NrGO的來源
    5.2 不同前驅(qū)體GO摻雜前后的形貌對比
    5.3 前驅(qū)體對摻雜、還原的影響
    5.4 三種不同形貌NrGO的電磁性能分析
    5.5 本章小結
6 第六章?lián)诫s順序?qū)τ陔p摻雜石墨烯結構和電磁性能的影響
    6.1 單摻雜和雙摻雜石墨烯樣品制備
        6.1.1 氮摻雜石墨烯(NrGO)樣品的制備
        6.1.2 硫摻雜石墨烯(SrGO)樣品的制備
        6.1.3 氮硫共摻雜石墨烯(NSrGO)樣品的制備
        6.1.4 硫氮共摻雜石墨烯(SNrGO)樣品的制備
    6.2 硫摻雜石墨烯條件的探索
    6.3 摻雜順序?qū)τ谛蚊驳挠绊?br>    6.4 摻雜順序?qū)τ诖判缘挠绊?br>    6.5 摻雜順序?qū)τ诮Y構的影響
    6.6 摻雜順序?qū)τ诮殡姵?shù)和微波吸收的影響
    6.7 本章小結
7 第七章總結與展望
    7.1 本文總結
    7.2 創(chuàng)新點
    7.3 展望
8 參考文獻
9 致謝
10 個人簡歷
11 攻讀學位期間發(fā)表的學術論文與取得的其它研究成果



本文編號：3737746