基于聚苯乙烯微球模板的电磁防护材料制备与性能研究

发布时间：2020-07-07 01:06

【摘要】：随着时代的进步,电磁波的辐射和污染日益严重,成为人们密切关注的问题,人们对微波吸收材料和电磁屏蔽材料的需求急迫。铁磁类吸波材料由于自身价格低廉,吸收、衰减微波能力强,经常被用于雷达吸波材料领域,但是这类吸波剂也存在不可避免的缺点,比如自身密度大,有效带宽窄等。为了改变这些缺点,我们采用缓冲溶液法将磁性材料纳米化,空心化,制备一种“轻”,“薄”,“宽”,“强”的磁性空心球吸波材料。三维石墨烯纳米结构因其质轻、多孔、大比表面积和优异的导电/导热性能,在电磁屏蔽、微波吸收等领域引起了人们的广泛关注。目前,三维石墨烯内部泡孔尺度通常较大(几十至几百微米),因此在获得相应导电性能的同时,却难以同时承受较大载荷。为此,我们采用聚苯乙烯(PS)模板法和室温干燥法,制备了具有内部连续导电网络的高密度三维石墨烯,这种三维石墨烯具有优异的导电性和电磁屏蔽性能。主要研究内容如下:(1)通过缓冲溶液包覆法成功制备了(SPS@Fe(OH)3)核壳结构材料:形成均匀的金属氧化物壳层是制备核壳材料的难题,在本实验中我们采用缓冲溶液法,使Fe3+生长和成核的动力学达到平衡,成功实现了纳米级厚度Fe(OH)3壳层在聚苯乙烯微球表面的均匀包覆,并且能够调整Fe(OH)3包覆量。这种缓冲溶液法同样适用于包覆氧化石墨烯(GO)和酚醛树脂微球。(2)制备空心铁包覆碳微球(Hollow Fe@C)并探究其吸波性能:制备高效轻便的吸波材料仍是现在的科研难题。本实验中,我们制备了一种双层壳碳包覆铁的空心球吸波材料,将包覆了聚多巴胺(PDA)的SPS@Fe(OH)3微球进行退火处理,由于碳层的保护使得到的微球空心结构完善,形貌规整,且由于无定型碳的还原使Fe3+转变为Fe,成功制备出磁性空心球,空心的结构有效降低了材料的密度,并且碳层和磁层的具有协同损耗作用,当改变Hollow Fe@C的碳层包覆厚度和磁层包覆量时,发现当PDA包覆时间为3 h,Fe2(S04)3和SPS的初始投料比为0.8:1时,Hollow Fe@C的吸波性能最佳,最低反射损耗(RLmin)能够达到-45.7dB,带宽达到8.1 GHz,较空心碳球的RLmin和有效带宽提高了 168%和87%。(3)高导电/电磁屏蔽效能三维石墨烯(RGM)的制备:宏观三维(3D)石墨烯由于其轻质多孔结构和优异的导电/热性能受到广泛关注。然而,通常报道的3D石墨烯孔径较大,使其难以构建完善的导电网络。因此,我们报道了一种用PS微球体作为模板通过水热反应和随后的热烘干法来构建3D石墨烯纳米结构。得到的密度为0.146g cm-3的RGM与石蜡复合之后显示出高达343.7 S/m的电导率和在X波段57.1 dB的优异电磁屏蔽性能。这种良好的导电和电磁屏蔽性能与内部纳米球形孔道结构相关,制得的新型电磁屏蔽材料在军工方面具有良好的应用前景。
【学位授予单位】：北京化工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TB34
【图文】：

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北京化工大学硕士学位论文屏蔽原理逡逑机理的解释可采用很多方法，其中包括传输线理论法、涡。在这些方法中传输线理论法具有计算简单，精度较高，使用。如下图所示，当电磁波接触到屏蔽体时，在屏蔽体分进入到屏蔽体内部向前传输，并在屏蔽体的两面之间中逐渐发生衰减，剩下一部分透射过屏蔽体。因此电磁屏面反射损耗，屏蔽材料吸收损耗，屏蔽材料内部多重反射

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射波逡逑多次反射逡逑图１－１电磁屏蔽机理示意图逡逑Ｆｉｇ．邋１－１邋Ｓｈｉｅｌｄｉｎｇ邋ｍｅｃｈａｎｉｓｍ邋ｏｆ邋ｓｈｉｅｌｄｉｎｇ邋ｍａｔｅｒｉａｌ逡逑为了表示屏蔽体对电磁波的屏蔽能力和抗电磁干扰能力，采用屏蔽效能（ＳＥ）来逡逑定义材料的电磁屏蔽能力。根据谢坤诺夫公式和传输线模型，计算电磁屏蔽效能的公逡逑式如下：逡逑ＳＥ＝ＳＥａ＋ＳＥｒ＋ＳＥｍ邋（ｄＢ）逦式（１＿１）逡逑式１－１中ＳＥＡ代表屏蔽体的吸收损耗，ＳＥＲ代表代表屏蔽体表面的反射损耗，ＳＥＭ逡逑屏蔽体内部的多重反射损耗。根据研宄表明，ＳＥｍ与ＳＥａ有关，当ＳＥＡ＞１５ｄＢ时，ＳＥｍ逡逑可忽略不计。逡逑１．４空心球的制备方法及吸波方向的应用逡逑６逡逑

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逦ＳＴＳＴ邋ＣＳ邋ＮＰ￥逡逑￥鞭逡逑图１－２邋（ａ）硬模板法合成Ｔｉ０２三层壳空心球，（ｂ－ｄ）邋Ｔｉ０２单层壳空心球（ｂ），邋Ｔｉ０２双层壳空心逡逑球（ｃ），邋Ｔｉ０２三层壳空心球（ｄ）的透射电镜逡逑Ｆｉｇ．邋１－２邋（ａ）邋Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ邋ｉｌｌｕｓｔｒａｔｉｏｎ邋ｆｏｒ邋ｔｈｅ邋ｈａｒｄ邋ｔｅｍｐｌａｔｉｎｇ邋ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ邋ｏｆ邋Ｔｉ0２邋ｔｒｉｐｌｅ－ｓｈｅｌｌｅｄ邋ｈｏｌｌｏｗ逡逑ｓｐｈｅｒｅｓ，邋（ｂ－ｄ）邋ＴＥＭ邋ｉｍａｇｅｓ邋ｏｆ邋ＴｉＯ：邋ｓｉｎｇｌｅ－ｓｈｅｌｌｅｄ邋ｈｏｌｌｏｗ邋ｓｐｈｅｒｅｓ邋（ｂ），邋ｄｏｕｂｌｅ－ｓｈｅｌｌｅｄ邋ｈｏｌｌｏｗ逡逑ｓｐｈｅｒｅｓ邋（ｃ），邋ａｎｄ邋ｔｒｉｐｌｅ－ｓｈｅｌｌｅｄ邋ｈｏｌｌｏｗ邋ｓｐｈｅｒｅｓ邋（ｄ）逡逑１．４．１．２软模板法逡逑表面活性剂或者嵌段共聚物这样的两性分子当在溶液中浓度大于临界胶束浓度，逡逑能够自组装成不同结构的胶束或者囊泡，这种胶束和囊泡能够作为合成中空结构的软逡逑模板。然而，胶束和囊泡是热力学亚稳态的，它们对溶液的温度，ｐＨ值，浓度，有机逡逑／无机添加剂等条件都很敏感，同时可以控制这些条件来改变胶束／囊泡的模板结构，逡逑但这种敏感性也限制了软模板法在实践中的广泛应用

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