静电纺丝技术制备聚丙烯腈基碳纳米纤维及其吸波性能研究
发布时间：2021-10-21 08:07
随着现代科技的迅速发展,无线通讯以及雷达技术给人类社会带来了极大的便利,同时也产生了大量的电磁污染等等问题,因此研究高效的电磁波吸收材料具有重大的意义。碳材料因为其导电性好,密度低,稳定性好等优点,是近年来吸波材料领域的研究热点。本文以聚丙烯腈（PAN）作为碳源,结合静电纺丝和高温热解技术制备了一系列具有一维结构的碳纳米纤维,并从提高材料的吸波效能的角度出发,对碳纳米纤维进行了不同的改性。借助X射线衍射仪（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、拉曼光谱仪（Raman）等传统材料表征手段研究了材料的组成成分及微观结构,使用矢量网络分析仪（VNA）测试材料的电磁参数,系统研究了磁性粒子以及元素掺杂对其吸波性能的影响。本文的主要研究内容如下:（1）本文首先在静电纺丝的前驱体溶液中加入乙酰丙酮铁,通过碳化制备了内部嵌有磁性Fe3C的碳纳米纤维（FeCFs）,研究发现Fe3C的引入可以提高碳纤维的磁损耗以及阻抗匹配特性,从而改善样品的吸波性能。样品在1.36mm时可以实现最大反射损耗为-54.94 dB。当匹配厚度为1.55 mm时,样品的有效吸收带宽可以达到4.5 GH...
【文章来源】：山东大学山东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：87 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．２?（ａ－ｄ）石墨烯泡沫（ＧＦｓ）横断面扫描电镜图；（ｅ－ｇ）不同频段下的反射损耗曲线Ｍ??Ｆｉｇ．?１．２?（ａ－ｄ）Ｔｈｅ?ｃｒｏｓｓ－ｓｅｃｔｉｏｎａｌ?ＳＥＭ?ｉｍａｇｅｓ?ＧＦｓ；?（ｅ－ｇ?
山东大学硕士学位论文??到了广泛的研宄。Ｚｈａｎｇ等人制备了?ＲＧＯ／四针状氧化锌（Ｔ－ＺｎＯ）复合材料，微??观结构如图１．３所示，该材料在１４．４３?ＧＨｚ时达到最大反射损耗－５９．５０?ｄＢ［５６］。Ｈａｎ??等人通过水热反应结合表面改性过程制备了石墨烯包覆的ＺｎＯ空心球，石墨烯??包裹的ＺｎＯ复合材料在９．７?ＧＨｚ处达到最大吸收－４５．０５?ｄＢ［５７］。Ｖ２０５是另一种类??似的过渡金属氧化物，具有优异的电子、电化学和电催化性能。Ｚｈａｎｇ等人成功??制备了含有还原氧化石墨烯纳米薄片（ＲＧＯ）和Ｖ２０５纳米带（ＲＧ０／Ｖ２０５）的新??型双功能复合水凝胶，三维的ＲＧ０／Ｖ２０５复合水凝胶不仅表现出优良的超级电容??电极性能，还可以作为高性能的电磁波吸波剂，复合材料的最大吸收可达－２１．５?ｄＢ，??有效吸收带宽为６．６３?ＧＨｚ［５８］。碳化硅的强度高，热稳定性好，是一种很好的电磁??波吸收材料，Ｈａｎ等人制备了由ＲＧＯ和ＳｉＣ纳米线组成的三维ＲＧＯ／?ＳｉＣ复合??材料，该材料及其电磁波吸收性能如图１．４所示，ＲＧＯ／ＳｉＣ泡沫在整个Ｘ波段??都能有效吸收电磁波，ＳｉＣ纳米线具有丰富的堆积缺陷、桥接接头和双晶界面，??在提高电磁波吸收性能方面起着至关重要的作用［５９］。??ＭＢ??Ｉ?ＲＧＯ／Ｔ－ＺｎＯ?１??图１．３扫面电镜图：（ａ）还原氧化石墨烯；（ｂ）针状氧化锌；（ｃ）还原氧化石墨烯／针状氧??化锌复合材料［５６］??Ｆｉｇ．?１．３?Ｔｈｅ?ＳＥＭ?ｉｍａｇｅｓ：?（ａ）?ＲＧＯ，?（ｂ）?Ｔ－ＺｎＯ，?（ｃ）?ＲＧＯ／Ｔ－ＺｎＯ?ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ［５６］??１０??
第一章绪论??滅丨丨馨丨戀??＾ＪＨｉ??Ｈ?９０?？￥！〇？，？?９?ｉ〇?？ｉ?ｍ?＾??酸Ｐ＾ＢＢＳＷＰＩＳＭＦ?ＪＪＵＰｍｍＵ?Ｆｎ＾ｅｎｃｉＱＨｚ?Ｆｉｔ９？ｔｎｃｆＸｊＨｚ??Ｈ＾ｆｉ丨：龜ｉ難??＊?？?ｔｓ＞?％＊?？?？?，２?—?一ｉ￣一…一９…＊￣￣ｔｓ?ｔｉ￣＾￣＼ｉ?ｈｉ??Ｆ＾ｊ？ｎＣｆ！ＱＨｇ?ｆｒｖｔｍｒＫ＾Ｏｍ??图１．４（ａ－ｄ）还原氧化石墨烯和碳化硅样品的扫面电镜图：（ｅ－ｇ）复合材料的反射损耗图［５９］??Ｆｉｇ．?１．４?（ａ－ｄ）ＳＥＭ?ｉｍａｇｅｓ?ｏｆ?ＲＧＯ／ＳｉＣ；（ｅ－ｈ）?ＲＬ?ｖａｌｕｅｓ?ｃａｌｃｕｌａｔｅｄ?ｆｏｒ?ｔｈｅ?ｓａｒａｐｌｅｓ［５９］??近年来，过渡金属硫化物在电磁波吸收方面也得到了广泛的应用，包括ＣｕＳ，??Ｍ〇Ｓ２和Ｃ〇Ｓ２等。从理论上讲，金属硫化物比氧化物具有更好的导电能力，因为??它们的带隙值相对较小，具有较强的电子传递能力。Ｃ〇Ｓ２因其独特的磁性和电学??性能而引起人们的极大兴趣，Ｚｈａｎｇ等人通过独特的单模微波辅助水热法制备了??ＣｏＳ２／ＲＧＯ复合纳米材料，在１０．９?ＧＨｚ时的最大反射损耗达到－５６．９?ｄＢ，同时在??９．１－１３．２ＧＨｚ的频率范围内实现了低于－１０ｄＢ的有效吸收＠１。二硫化钼是一种具??有层状结构的二维过渡金属硫化物，Ｗａｎｇ等人制备的ＲＧＯ／ＭｏＳ２复合材料具有??良好的电磁波吸收性能，有效带宽达到５．７２?ＧＨｚ，最大反射损耗为为－５０．９?ｄＢ［６１］。??石墨烯和聚合物的复合材料具有重量轻、弹性好、导电性可调等诸多优点。??石墨烯／聚合物复合材料中的石墨烯相互连接构成导电网络，载流子的定向运动?
【参考文献】：
期刊论文
[1]吸波复合材料的研究进展[J]. 于永涛,王彩霞,刘元军,赵晓明. 丝绸. 2019(12)
[2]Porous Graphene Microflowers for High-Performance Microwave Absorption[J]. Chen Chen,Jiabin Xi,Erzhen Zhou,Li Peng,Zichen Chen,Chao Gao. Nano-Micro Letters. 2018(02)
[3]吸波材料吸波机制及吸波剂性能优劣评价方法[J]. 王涛,张峻铭,王鹏,乔亮,唐丽云,薛德胜,李发伸. 磁性材料及器件. 2016(06)
[4]新型涂覆型雷达吸波材料的研究进展[J]. 班国东,刘朝辉,叶圣天,王飞,贾艺凡,丁逸栋,林锐. 表面技术. 2016(06)
[5]电磁吸波材料的研究进展[J]. 庞建峰,马喜君,谢兴勇. 电子元件与材料. 2015(02)
[6]铁氧体复合吸波材料研究现状[J]. 邸永江,贾碧,望军. 材料导报. 2014(15)
[7]纳米吸波材料的研究现状与发展趋势[J]. 伊翠云. 纤维复合材料. 2014(01)
[8]吸波材料的研究现状及其发展趋势[J]. 刘丹莉,刘平安,杨青松,唐国武,赵立英,曾凡聪. 材料导报. 2013(17)
[9]磁性吸波材料的研究进展[J]. 刘祥萱,陈鑫,王煊军,刘渊. 表面技术. 2013(04)
[10]碳基吸波材料的研究进展[J]. 李斌鹏,王成国,王雯. 材料导报. 2012(07)
博士论文
[1]纳米碳基复合材料微结构调控与吸波性能[D]. 冯唯.哈尔滨工业大学 2019
[2]FexCo1-x/C与C@C吸波材料的制备及性能[D]. 强荣.哈尔滨工业大学 2018
[3]多元复合吸波材料电磁特性研究[D]. 罗辉.华中科技大学 2016
[4]石墨烯—导电聚合物—磁性纳米粒子复合材料的制备及微波吸收性能的研究[D]. 刘攀博.西北工业大学 2015
[5]碳基复合吸波材料的制备及性能研究[D]. 王雯.山东大学 2012
[6]铁磁性吸波材料的制备及其电磁性能研究[D]. 刘立东.大连理工大学 2011
[7]异形截面碳化硅纤维制备及其吸波性能[D]. 刘旭光.国防科学技术大学 2010
[8]碳纳米管材料的微波吸收机理研究[D]. 彭志华.湖南大学 2010
[9]中空多孔炭纤维轻质吸波材料研究[D]. 谢炜.国防科学技术大学 2008
硕士论文
[1]静电纺丝法制备光电调温储能复合纤维与性能研究[D]. 赵宇轩.北京石油化工学院 2019
[2]钛掺杂钡铁氧体/羰基铁粉复合材料的制备与吸波性能研究[D]. 刚骏涛.兰州理工大学 2017
[3]金属有机骨架制备碳基复合材料及其微波吸收性能研究[D]. 张兴淼.南京航空航天大学 2016
[4]Ni掺杂及立方形貌MnO2的制备及其微波电磁性能研究[D]. 陈俊磊.大连理工大学 2015
[5]聚苯胺基钴铁复合吸波材料的制备及吸波性能[D]. 张鹏.哈尔滨工业大学 2013
本文编号：3448582
【文章来源】：山东大学山东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：87 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．２?（ａ－ｄ）石墨烯泡沫（ＧＦｓ）横断面扫描电镜图；（ｅ－ｇ）不同频段下的反射损耗曲线Ｍ??Ｆｉｇ．?１．２?（ａ－ｄ）Ｔｈｅ?ｃｒｏｓｓ－ｓｅｃｔｉｏｎａｌ?ＳＥＭ?ｉｍａｇｅｓ?ＧＦｓ；?（ｅ－ｇ?
山东大学硕士学位论文??到了广泛的研宄。Ｚｈａｎｇ等人制备了?ＲＧＯ／四针状氧化锌（Ｔ－ＺｎＯ）复合材料，微??观结构如图１．３所示，该材料在１４．４３?ＧＨｚ时达到最大反射损耗－５９．５０?ｄＢ［５６］。Ｈａｎ??等人通过水热反应结合表面改性过程制备了石墨烯包覆的ＺｎＯ空心球，石墨烯??包裹的ＺｎＯ复合材料在９．７?ＧＨｚ处达到最大吸收－４５．０５?ｄＢ［５７］。Ｖ２０５是另一种类??似的过渡金属氧化物，具有优异的电子、电化学和电催化性能。Ｚｈａｎｇ等人成功??制备了含有还原氧化石墨烯纳米薄片（ＲＧＯ）和Ｖ２０５纳米带（ＲＧ０／Ｖ２０５）的新??型双功能复合水凝胶，三维的ＲＧ０／Ｖ２０５复合水凝胶不仅表现出优良的超级电容??电极性能，还可以作为高性能的电磁波吸波剂，复合材料的最大吸收可达－２１．５?ｄＢ，??有效吸收带宽为６．６３?ＧＨｚ［５８］。碳化硅的强度高，热稳定性好，是一种很好的电磁??波吸收材料，Ｈａｎ等人制备了由ＲＧＯ和ＳｉＣ纳米线组成的三维ＲＧＯ／?ＳｉＣ复合??材料，该材料及其电磁波吸收性能如图１．４所示，ＲＧＯ／ＳｉＣ泡沫在整个Ｘ波段??都能有效吸收电磁波，ＳｉＣ纳米线具有丰富的堆积缺陷、桥接接头和双晶界面，??在提高电磁波吸收性能方面起着至关重要的作用［５９］。??ＭＢ??Ｉ?ＲＧＯ／Ｔ－ＺｎＯ?１??图１．３扫面电镜图：（ａ）还原氧化石墨烯；（ｂ）针状氧化锌；（ｃ）还原氧化石墨烯／针状氧??化锌复合材料［５６］??Ｆｉｇ．?１．３?Ｔｈｅ?ＳＥＭ?ｉｍａｇｅｓ：?（ａ）?ＲＧＯ，?（ｂ）?Ｔ－ＺｎＯ，?（ｃ）?ＲＧＯ／Ｔ－ＺｎＯ?ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ［５６］??１０??
第一章绪论??滅丨丨馨丨戀??＾ＪＨｉ??Ｈ?９０?？￥！〇？，？?９?ｉ〇?？ｉ?ｍ?＾??酸Ｐ＾ＢＢＳＷＰＩＳＭＦ?ＪＪＵＰｍｍＵ?Ｆｎ＾ｅｎｃｉＱＨｚ?Ｆｉｔ９？ｔｎｃｆＸｊＨｚ??Ｈ＾ｆｉ丨：龜ｉ難??＊?？?ｔｓ＞?％＊?？?？?，２?—?一ｉ￣一…一９…＊￣￣ｔｓ?ｔｉ￣＾￣＼ｉ?ｈｉ??Ｆ＾ｊ？ｎＣｆ！ＱＨｇ?ｆｒｖｔｍｒＫ＾Ｏｍ??图１．４（ａ－ｄ）还原氧化石墨烯和碳化硅样品的扫面电镜图：（ｅ－ｇ）复合材料的反射损耗图［５９］??Ｆｉｇ．?１．４?（ａ－ｄ）ＳＥＭ?ｉｍａｇｅｓ?ｏｆ?ＲＧＯ／ＳｉＣ；（ｅ－ｈ）?ＲＬ?ｖａｌｕｅｓ?ｃａｌｃｕｌａｔｅｄ?ｆｏｒ?ｔｈｅ?ｓａｒａｐｌｅｓ［５９］??近年来，过渡金属硫化物在电磁波吸收方面也得到了广泛的应用，包括ＣｕＳ，??Ｍ〇Ｓ２和Ｃ〇Ｓ２等。从理论上讲，金属硫化物比氧化物具有更好的导电能力，因为??它们的带隙值相对较小，具有较强的电子传递能力。Ｃ〇Ｓ２因其独特的磁性和电学??性能而引起人们的极大兴趣，Ｚｈａｎｇ等人通过独特的单模微波辅助水热法制备了??ＣｏＳ２／ＲＧＯ复合纳米材料，在１０．９?ＧＨｚ时的最大反射损耗达到－５６．９?ｄＢ，同时在??９．１－１３．２ＧＨｚ的频率范围内实现了低于－１０ｄＢ的有效吸收＠１。二硫化钼是一种具??有层状结构的二维过渡金属硫化物，Ｗａｎｇ等人制备的ＲＧＯ／ＭｏＳ２复合材料具有??良好的电磁波吸收性能，有效带宽达到５．７２?ＧＨｚ，最大反射损耗为为－５０．９?ｄＢ［６１］。??石墨烯和聚合物的复合材料具有重量轻、弹性好、导电性可调等诸多优点。??石墨烯／聚合物复合材料中的石墨烯相互连接构成导电网络，载流子的定向运动?
【参考文献】：
期刊论文
[1]吸波复合材料的研究进展[J]. 于永涛,王彩霞,刘元军,赵晓明. 丝绸. 2019(12)
[2]Porous Graphene Microflowers for High-Performance Microwave Absorption[J]. Chen Chen,Jiabin Xi,Erzhen Zhou,Li Peng,Zichen Chen,Chao Gao. Nano-Micro Letters. 2018(02)
[3]吸波材料吸波机制及吸波剂性能优劣评价方法[J]. 王涛,张峻铭,王鹏,乔亮,唐丽云,薛德胜,李发伸. 磁性材料及器件. 2016(06)
[4]新型涂覆型雷达吸波材料的研究进展[J]. 班国东,刘朝辉,叶圣天,王飞,贾艺凡,丁逸栋,林锐. 表面技术. 2016(06)
[5]电磁吸波材料的研究进展[J]. 庞建峰,马喜君,谢兴勇. 电子元件与材料. 2015(02)
[6]铁氧体复合吸波材料研究现状[J]. 邸永江,贾碧,望军. 材料导报. 2014(15)
[7]纳米吸波材料的研究现状与发展趋势[J]. 伊翠云. 纤维复合材料. 2014(01)
[8]吸波材料的研究现状及其发展趋势[J]. 刘丹莉,刘平安,杨青松,唐国武,赵立英,曾凡聪. 材料导报. 2013(17)
[9]磁性吸波材料的研究进展[J]. 刘祥萱,陈鑫,王煊军,刘渊. 表面技术. 2013(04)
[10]碳基吸波材料的研究进展[J]. 李斌鹏,王成国,王雯. 材料导报. 2012(07)
博士论文
[1]纳米碳基复合材料微结构调控与吸波性能[D]. 冯唯.哈尔滨工业大学 2019
[2]FexCo1-x/C与C@C吸波材料的制备及性能[D]. 强荣.哈尔滨工业大学 2018
[3]多元复合吸波材料电磁特性研究[D]. 罗辉.华中科技大学 2016
[4]石墨烯—导电聚合物—磁性纳米粒子复合材料的制备及微波吸收性能的研究[D]. 刘攀博.西北工业大学 2015
[5]碳基复合吸波材料的制备及性能研究[D]. 王雯.山东大学 2012
[6]铁磁性吸波材料的制备及其电磁性能研究[D]. 刘立东.大连理工大学 2011
[7]异形截面碳化硅纤维制备及其吸波性能[D]. 刘旭光.国防科学技术大学 2010
[8]碳纳米管材料的微波吸收机理研究[D]. 彭志华.湖南大学 2010
[9]中空多孔炭纤维轻质吸波材料研究[D]. 谢炜.国防科学技术大学 2008
硕士论文
[1]静电纺丝法制备光电调温储能复合纤维与性能研究[D]. 赵宇轩.北京石油化工学院 2019
[2]钛掺杂钡铁氧体/羰基铁粉复合材料的制备与吸波性能研究[D]. 刚骏涛.兰州理工大学 2017
[3]金属有机骨架制备碳基复合材料及其微波吸收性能研究[D]. 张兴淼.南京航空航天大学 2016
[4]Ni掺杂及立方形貌MnO2的制备及其微波电磁性能研究[D]. 陈俊磊.大连理工大学 2015
[5]聚苯胺基钴铁复合吸波材料的制备及吸波性能[D]. 张鹏.哈尔滨工业大学 2013
本文编号：3448582
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