石墨烯—稀土掺杂铁氧体—聚苯胺纳米复合材料的制备与吸波性能研究

发布时间：2018-03-31 05:09

  本文选题：还原氧化石墨烯　切入点：稀土掺杂铁氧体　出处：《江苏大学》2017年硕士论文

【摘要】：日益发展的电子产品不但满足了人们的各种生活需求,而且极大地推动了军事设施和武器装备的升级与革新。然而,随之而来的电磁污染也成为危害人们身体健康和社会生产的潜在威胁。因此,获得轻质高效,易于制备的微波吸收材料是当前电磁屏蔽领域研究的热点。石墨烯具有质轻,大比表面积,高电导率,高介电损耗;铁氧体具有制备简易,高磁损耗,通过稀土元素的掺杂,可以改变铁氧体的内场,调控电磁参数,进一步改善其吸波性能;聚苯胺为导电聚合物,具有良好的物理化学稳定性和较高介电损耗。鉴于此分析,将三种材料按照一定的比例制备成复合材料,有望获得兼备高介电损耗和高磁损耗的吸波材料。通过不同方法以不同的工序制备了三种石墨烯-稀土掺杂铁氧体-聚苯胺纳米复合材料,采用XRD,FT-IR,Raman,FESEM,HRTEM,VSM和矢量网络分析仪对样品的物相,形貌,结构和性能进行表征,并深入探讨了材料的吸波性能,研究了材料阻抗匹配,损耗因子和厚度对吸波性能的影响。具体内容如下:(1)采用水热-原位聚合法制备了石墨烯-铈锌掺杂镍铁氧体-聚苯胺(RGO/NCZF/PANI)纳米复合材料。平均晶粒尺寸30~50 nm的铁氧体颗粒附着在石墨烯片层上,聚苯胺包裹在石墨烯-铈锌掺杂铁氧体材料表面,三者形成了良好的复合结构。铈锌元素的掺杂改善了铁氧体的磁性能,随着石墨烯含量的增加,复合材料的饱和磁化强度逐渐减小。当m(GO):m(NCZF)=5%时,RGO/NCZF/PANI纳米复合材料具有最优的吸波性能,在厚度为6 mm时,具有最小反射损耗-38.6 dB,位于16.4 GHz,有效吸收频带为3.8 GHz。另外,由于电磁耗散效应的作用,反射损耗峰值的频率随着厚度的增加而向低频方向移动。(2)采用溶胶凝胶-自组装-原位聚合法制备了石墨烯-钕钴掺杂铁氧体-聚苯胺(RGO/SNCF/PANI)纳米复合材料。铁氧体颗粒分布在石墨烯表面,出现了一定的团聚现象。钕钴掺杂引起了不等价取代和磁矩变化,从而导致了铁氧体内部的电荷转移,介电损耗和磁损耗的增大。传输线理论分析表明,当m(GO):m(SNCF)=6%时,RGO/SNCF/PANI-2具有最好的相对输入阻抗,因此具有最优的吸波性能。当厚度仅为2 mm时,在14.56 GHz处,出现最小反射损耗-42.8dB,有效吸收频带高达5.7 GHz。(3)采用水热-原位聚合-自组装法制备石墨烯-钕钴掺杂锶铁氧体-铈锌掺杂内铁氧体-聚苯胺(RGO/SNCF/NCZF/PANI)纳米复合材料。棒状的聚苯胺包裹着四方状的铈锌掺杂镍铁氧体颗粒和六角状的钕钴掺杂锶铁氧体颗粒,三者穿插在石墨烯片层之间,形成了四元纳米复合材料。RGO和PANI的高导电性,明显提高了材料的介电损耗因子,增大了材料的介电损耗,弥补了铁氧体低介电损耗的不足。当m(RGO)/m(SNCF/NCZF/PANI)=11%时,RGO/SNCF/NCZF/PANI-3反射损耗峰值达到-41.6 dB,位于6.8 GHz处,有效吸收带宽为3.2 GHz,此时厚度5mm。另外,样品几乎在每个测试厚度都具有两段有效吸收频带,大致分别位于4~8 GHz低频段和12~18 GHz高频段。这说明RGO/SNCF/NCZF/PANI纳米复合材料经过适当配比和厚度的选择,有望作为2~18 GHz范围全波段吸波材料。
[Abstract]:In the light of this analysis , three kinds of graphene - cerium - zinc - doped ferrite - polyaniline ( RGO / NCZF / pani ) nanocomposites with high dielectric loss and high magnetic loss have been prepared by the method of hydrothermal - in - situ polymerization . The results show that when m ( GO ) 鈭，

本文编号：1689271