石墨烯基复合吸波材料的制备和性能

发布时间：2017-03-29 02:10

  本文关键词：石墨烯基复合吸波材料的制备和性能，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：石墨烯作为一种新型的碳材料,具有优异的力学、热学和电学特性。尤为重要的是,石墨烯较高的介电常数以及外层电子易极化弛豫特性使其可作为介电损耗吸波基材。针对石墨烯制备过程中氧化还原方法选择的问题,本文通过对比选择较优的制备方法。通过研究不同复合方法对石墨烯-铁氧体吸波材料性能的影响,找出最佳的复合方法。在上述研究基础上,尝试制备一种新型的石墨烯-聚吡咯-镍锌铁氧体三元复合材料,并研究制备方法、基材组成对吸波性能的影响。相关石墨烯基复合吸波材料的合成丰富和拓展了石墨烯的研究内容和范围,三种不同吸波机制材料的复合为新型三元吸波材料的制备和开发研究奠定了基础,具有一定的科学意义。研究表明:(1)采用一步氧化法对石墨原料的氧化效果强于两步氧化法,且采用鳞片石墨氧化效果更好。水热还原温度较高时(200℃)还原效果接近水合肼,所以在反应温度较高时可以采用水热还原。(2)采用鳞片石墨、一步氧化法、水合肼还原制备的石墨烯在低频(0~6000 MHz)范围内,吸波性能较差,厚度为4mm时,最小反射损耗仅为-2.82dB。(3)采用原位复合法和物理共混法均成功制备出RGO-Fe_3O_4复合材料。在低频段(0~6000MHz)范围内,复合材料的吸波性能均优于单一组分。采用原位复合法制备的复合材料性能较好,最小反射损耗在4mm时达到-8.22dB,且在高频段有更好的上升趋势。(4)原位复合法制备的RGO-Fe_3O_4复合材料的吸波性能随着Fe_3O_4含量的增加而增强。当m(GO)/m(铁盐)=1:10时,最小反射损耗在4mm时达到-8.22dB。(5)通过水/溶剂热法成功制备出Ni_(0.5)Zn_(0.5)Fe_2O_4和RGO-Ni_(0.5)Zn_(0.5)Fe_2O_4,采用原位聚合法成功制备了RGO-PPy,将水/溶剂热法和原位聚合法相结合制备出了RGO-PPy-Ni_(0.5)Zn_(0.5)Fe_2O_4三元复合吸波材料。研究发现:采用乙二醇溶剂热法制备的吸波材料性能优于水热法制备的吸波材料。RGO-Ni_(0.5)Zn_(0.5)Fe_2O_4的吸波性能优于Ni_(0.5)Zn_(0.5)Fe_2O_4,而RGO-PPy-Ni_(0.5)Zn_(0.5)Fe_2O_4三元复合材料的性能优于RGO-Ni_(0.5)Zn_(0.5)Fe_2O_4和RGO-PPy,且复合材料均以介电损耗为主。当厚度为4.5mm时,采用溶剂热法制备的RGO-PPy-Ni_(0.5)Zn_(0.5)Fe_2O_4的最小反射损耗在8.2GHz处达到-21.1dB,有效吸收带宽达到3.1GHz(6.9~10.0GHz)。
【关键词】：石墨烯 复合吸波材料 制备方法 铁氧体 聚吡咯
【学位授予单位】：中北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ127.11;TB33
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 1 绪论11-26
• 1.1 吸波材料简介11-13
• 1.1.1 吸波材料的吸波机理12
• 1.1.2 吸波材料的分类12-13
• 1.2 石墨烯的研究进展13-16
• 1.2.1 石墨烯的性质14
• 1.2.2 石墨烯的制备方法14-16
• 1.3 石墨烯在吸波材料中的应用16-24
• 1.3.1 石墨烯基复合吸波材料的制备方法17-20
• 1.3.2 石墨烯基复合材料吸波性能比较20-24
• 1.4 本课题的研究背景与研究内容24-26
• 2 实验药品及表征手段26-30
• 2.1 实验药品26-27
• 2.2 实验仪器27
• 2.3 样品的表征手段及条件27-30
• 2.3.1 红外吸收（FTIR）光谱27-28
• 2.3.2 扫描电子显微镜（SEM）28
• 2.3.3 透射电子显微镜（TEM）28
• 2.3.4 X射线衍射（XRD）28
• 2.3.5 拉曼光谱28
• 2.3.6 热重分析28-29
• 2.3.7 吸波性能的测定29-30
• 3 石墨烯的制备及表征30-41
• 3.1 引言30
• 3.2 氧化石墨的制备30-32
• 3.2.1 一步氧化法30-31
• 3.2.2 两步氧化法31-32
• 3.3 还原氧化石墨烯的制备32-33
• 3.3.1 水合肼还原32-33
• 3.3.2 水热还原33
• 3.4 结果与讨论33-40
• 3.4.1 样品形貌分析33-34
• 3.4.2 红外光谱分析34-36
• 3.4.3 热重分析36-37
• 3.4.4 拉曼光谱分析37-38
• 3.4.5 石墨烯的电磁参数及吸波性能分析38-40
• 3.5 本章小结40-41
• 4 石墨烯-氧化铁复合吸波材料41-52
• 4.1 引言41
• 4.2 不同制备方法对复合材料的形貌及吸波性能的影响41-48
• 4.2.1 不同方法对复合材料的制备41-42
• 4.2.2 不同方法制备复合材料的物相及形貌分析42-46
• 4.2.3 不同方法制备复合材料的吸波性能分析46-48
• 4.3 不同Fe_3O_4含量对复合材料的形貌及吸波性能的影响48-50
• 4.3.1 不同Fe_3O_4含量复合材料的制备48
• 4.3.2 不同Fe_3O_4含量复合材料的形貌表征48-49
• 4.3.3 不同Fe_3O_4含量复合材料的吸波性能分析49-50
• 4.4 本章小结50-52
• 5 石墨烯-聚吡咯-Ni_(0.5)Zn_(0.5)Fe_2O_4复合吸波材料52-68
• 5.1 引言52
• 5.2 复合吸波材料的制备52-55
• 5.2.1 RGO-Ni_(0.5)Zn_(0.5)Fe_2O_4复合材料的制备52-53
• 5.2.2 RGO-PPy复合材料的制备53-54
• 5.2.3 RGO-PPy-Ni_(0.5)Zn_(0.5)Fe_2O_4复合材料的制备54-55
• 5.3 复合吸波材料的物相及形貌表征55-59
• 5.3.1 红外光谱分析55-56
• 5.3.2 XRD表征56-58
• 5.3.3 形貌分析58-59
• 5.4 复合材料电磁参数及吸波性能分析59-66
• 5.4.1 RGO-PPy电磁参数及吸波性能分析59-61
• 5.4.2 RGO-PPy-Ni_(0.5)Zn_(0.5)Fe_2O_4电磁参数及吸波性能分析61-66
• 5.5 本章小结66-68
• 6 结论68-70
• 参考文献70-79
• 攻读硕士学位期间所取得的研究成果79-80
• 致谢80-81

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