石墨烯负载稀土氧化物及其橡胶复合材料吸波性能的研究

发布时间：2020-08-09 00:01

【摘要】：石墨烯因其高导电率、高比表面积和优异的力学性能常被用来制作吸波材料,但是石墨烯因为其阻抗匹配差故其对电磁波的衰减能力有限,通过将石墨烯与金属氧化物或高分子材料复合是制备吸波材料有效的途径。吸波材料由吸波剂和基体组成,基体一般为高分子材料,天然橡胶和丁苯橡胶因其优异的力学性能常被用来制作功能高分子材料,因此本论文选用这两种橡胶作为基体来制备吸波材料。通过水热合成法制备了石墨烯负载氧化铈(CeO_2-rGO)、石墨烯负载氧化镝(Dy_2O_3-rGO)、石墨烯负载氧化钆(Gd_2O_3-rGO)、石墨烯负载氧化铥(Tm_2O_3-rGO)、石墨烯负载氧化铒(Er_2O_3-rGO)五种复合吸波材料,其中稀土氧化物与氧化石墨烯的质量比为10:1。采用矢量网络分析仪测试了这些复合材料的吸波性能,结果表明CeO_2-rGO的吸波效果最佳。为了研究氧化石墨烯与氧化铈的不同质量比对复合材料吸波性能的影响,制备了氧化铈与氧化石墨烯质量比为5:1、10:1的CeO_2-rGO-5:1和CeO_2-rGO-10:1两种复合材料。CeO_2在厚度为3 mm时的最低反射损耗为-0.63 dB,rGO在厚度为1mm时的最低反射损耗为-7.47 dB。CeO_2-rGO-5:1和CeO_2-rGO-10:1复合材料在厚度为2.5 mm和2mm时的最低反射损耗分别为-28.19 dB和-45.91 dB,小于-10 dB的吸收带宽为3.60 GHz和4.48GHz。为了进一步说明CeO_2与碳材料的复合能制备出吸波性能优异的材料,制备了碳纳米管负载氧化铈的复合吸波材料,其中氧化铈与碳纳米管的质量比为5:1与10:1,结果表明当碳纳米管负载氧化铈之后,复合材料的吸波性能明显优于单组分的,其中CeO_2-MWCNTs-5:1在厚度为2.5 mm时的反射损耗达到了-40.95 dB,小于-10 dB的吸收带宽为0.47 GHz,CeO_2-MWCNTs-10:1在厚度为2 mm时的最低反射损耗为-17.09 dB,小于-10 dB的吸收带宽为1.6 GHz。因为CeO_2-rGO比CeO_2-MWCNTs的吸波性能更强,决定采用CeO_2-rGO作为吸波剂填充到天然橡胶和丁苯橡胶中制备橡胶吸波材料。通过静电自组装的方法将石墨烯负载的氧化铈填充到天然胶乳(NRL)和丁苯胶乳(SBRL)里,制备了石墨烯负载的氧化铈填充天然橡胶(CeO_2-rGO/NR)、石墨烯负载的氧化铈填充丁苯橡胶(CeO_2-rGO/SBR)、石墨烯负载的氧化铈先与天然橡胶混合再与丁苯橡胶复合(CeO_2-rGO-NR/SBR)、石墨烯负载的氧化铈先与丁苯橡胶混合再与天然橡胶复合(CeO_2-rGO-SBR/NR)、石墨烯负载的氧化铈与天然橡胶和丁苯橡胶的混合物复合(CeO_2-rGO/SBR-NR)的五种复合材料来研究不同结合方式对复合材料吸波性能的影响。结果表明CeO_2-rGO/NR在厚度为5.5mm时的最低反射损耗为-27.26 dB,小于-10dB的吸收带宽为1.76 GHz,CeO_2-rGO/SBR在厚度为5.5 mm时的最低反射损耗为-19.28dB,小于-10 dB的吸收带宽为1.6 GHz。CeO_2-rGO-NR/SBR在厚度为5.5 mm时的最低反射损耗-13.88 dB,小于-10 dB的吸收带宽为0.8 GHz。CeO_2-rGO-SBR/NR在厚度为2.5mm时最低反射损耗为-8.83 dB。CeO_2-rGO/SBR-NR在厚度为5.5 mm处的最低反射损耗为-12.64 dB,小于-10 dB的吸收带宽为0.4 GHz。
【学位授予单位】：中北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TQ127.11;TB332
【图文】：

图 2.1 氧化石墨烯与石墨烯的 XRD 谱图Figure 2.1 XRD Spectra of graphene oxide and graphene稀土氧化物的制备g的 GO溶解在 200 mL的去离子水中，先搅拌 30 min土硝酸盐（使得按目标产率制备得到的稀土氧化物的 的去离子水中，将稀土硝酸盐溶液缓慢的滴加到 GO后用 25%的的氨水将混合体系的 pH 值调为 10，搅拌应釜中，在马弗炉里面 180 ℃煅烧 24 h。待反应釜冷水和无水乙醇各离心清洗三次，冷冻干燥后备用。五盐以相同的方法制备。这五种稀土氧化物除了 CeO2余四种均需经过在N2的惰性氛围下的高温煅烧2 h，D

2.3.3 石墨烯负载稀土氧化物的制备首先将200 mg的 GO溶解在 200 mL的去离子水中，先搅拌 30 min，然后超声5 min。再称取一定量的稀土硝酸盐（使得按目标产率制备得到的稀土氧化物的质量为 GO 的 10倍）溶解在 50 mL 的去离子水中，将稀土硝酸盐溶液缓慢的滴加到 GO 溶液当中，然后再超声 5 min。然后用 25%的的氨水将混合体系的 pH 值调为 10，搅拌 2 h 后转移至 100mL 的水热合成反应釜中，在马弗炉里面 180 ℃煅烧 24 h。待反应釜冷却至室温后，将混合体系用去离子水和无水乙醇各离心清洗三次，冷冻干燥后备用。五种单纯的稀土氧化物利用稀土硝酸盐以相同的方法制备。这五种稀土氧化物除了 CeO2-rGO-10:1 不需要经过高温煅烧后其余四种均需经过在N2的惰性氛围下的高温煅烧2 h，Dy2O3经过450 ℃煅烧，Er2O3经过 500 ℃煅烧，Gd2O3经过 900 ℃高温煅烧，Tm2O3经过 800 ℃煅烧。石墨烯负载稀土氧化物的具体方法如图 2.2 所示。

a′）CeO2、CeO2-rGO，（b,b′）Dy2O3、Dy2O3-rGO，（c,c′）Er2O3, Er2O3-rGO, (d,d′)Gd2Gd2O3-rGO，（e,e′）Tm2O3、Tm2O3-rGO 的透射电镜图片gure.2.3 The TEM pictures of（a,a′）CeO2、CeO2-rGO，（b,b′）Dy2O3、Dy2O3-rGO，（c,c′）EEr2O3-rGO,(d,d′)Gd2O3、Gd2O3-rGO、（e,e′）Tm2O3、Tm2O3-rGO composites.4.2. 石墨烯负载稀土氧化物的 X 射线衍射仪表征图 2.4 为石墨烯负载稀土氧化物的 XRD 图谱，2.4（a）中 2θ = 28.51o，33.11o，47.4.30o和 59.13o分别对应了氧化铈的（111），（200），（220），（311）和 （2晶面的衍射峰（JCPDS File No. 34 0394）。图 2.4（b）中 2θ=20.40°，28.98°，33.6.24°和 57.25°分别对应了氧化镝的(211)，(222)， (400)， (431)，(440)和(622)的晶射峰（JCPDS File No. 22-0612）。图 2.4（c）中 2θ=20.60°，29.30°，33.96°，48 56.50°分别对应了氧化铒的的（211)，(222)，（400)，(440)和（631）晶面衍射峰（JCPle No.08-0050）。图 2.4（d）中 2θ=20.07°，28.56°，33.10°，47.50°和 56.40°分别对

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本文编号：2786282