石墨烯复合材料介电性能及应用研究

发布时间：2021-11-27 23:03

　　石墨烯及其复合材料具有优异的力学和电输运性能以及稳定的化学性能,在电子器件、储能材料、电池、电磁屏蔽与隐身等领域具有广泛应用。通过改变石墨烯材料的物理与化学结构可以大范围调控材料的介电性能,从而有效操纵在其中传输的电磁波能量,在可穿戴器件和微波通信技术领域具有较高的应用潜力。本文研究了石墨烯材料在不同电磁波频段的介电性能,探索了石墨烯材料在高灵敏湿度传感和宽带微波吸收方面的应用。在kHz波段,研究了环境湿度对石墨烯多孔材料介电性能的影响规律。发现石墨烯材料的介电损耗具有高灵敏度的湿度响应特性,介电损耗的湿度传感灵敏度分别达到介电常数的29倍,直流电导率的13倍,高于文献报道的其他石墨烯材料湿度传感器灵敏度。这种湿度传感的高灵敏响应的原因是,石墨烯多孔材料在湿度环境容易吸附水分子,孤立的导电区域被水团簇连接成新的局部导电网络,从而产生高的介电损耗。这种石墨烯传感器可以通过加载力学形变进行灵敏度调制,而且其传感性能长期稳定可重复,在高性能湿度传感领域具有很高的应用价值。在GHz波段,系统研究了石墨烯复合材料的介电性能,利用原位自组装技术和结构设计,制备了一种基于石墨烯/无纺布复合材料的宽频... 

【文章来源】：北京化工大学北京市 211工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：76 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图１－１石墨烯／Ｔｉ０２复合材料：（ａ）制备流程；（ｂ）微观结构；（ｃ）透射电镜图；（ｄ）介电??常数；（ｅ）介电损耗；（ｆ）充放电曲线；（ｇ）循环测试的电极电压

Ｔｉｍｅ?（ｓ）?Ｔｉｍｅ?（ｓ）??图１－１石墨烯／Ｔｉ０２复合材料：（ａ）制备流程；（ｂ）微观结构；（ｃ）透射电镜图；（ｄ）介电??常数；（ｅ）介电损耗；（ｆ）充放电曲线；（ｇ）循环测试的电极电压。??Ｆｉｇｕｒｅ?１－１?Ｇｒａｐｈｅｎｅ／Ｔｉ〇２?ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ：?（ａ）?ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ，?（ｂ）?ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，?（ｃ）?ＴＥＭ?ｉｍａｇｅ，?（ｄ）??ｐｅｒｍｉｔｔｉｖｉｔｙ，?（ｅ）?ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ?ｌｏｓｓ，?（ｆ）ｃｙｃｌｉｃ?ｃｈａｒｇｅ－ｄｉｓｃｈａｒｇｅ?ｃｕｒｖｅ?ｈｙｂｒｉｄ?ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ?ｆｏｒ?ａ?ｌｏｎｇ?ｔｉｍｅ??ｉｎｔｅｒｖａｌ．??Ｗａｎｇ等人［２５Ｉ利用石墨烯与聚合物复合，制备出石墨烯气凝胶／聚乙烯醇??（ＰＶＡ）复合材料，以降低介电损耗。通过水热法还原氧化石墨烯之后，直接冷??冻干燥石墨烯，原位组装形成具有超低密度、高孔隙率和显著热稳定性的石墨烯??／ＰＶＡ骨架。然后加入ＰＶＡ溶液二次冷冻干燥，在石墨烯／ＰＶＡ骨架网络中间引??入ＰＶＡ阻隔层。引入的ＰＶＡ绝缘层阻断了石墨烯骨架横向的导电通路，有效阻??止了横向感应电流的产生

?＿?１５０００－??‘編?ｌ：Ｅ＾Ｌ??图１－２?（ａ－ｄ）不同孔隙率的石墨烯／ＰＶＡ复合材料的扫描电镜图；（ｅ）?０％孔隙率复合材料透??射电镜图；不同浓度ＰＶＡ阻隔层复合材料（ｆ）直流电导率，介电常数；（ｇ）介电损耗与孔??隙率的关系；不同复合材料（ｈ）介电常数与介电损耗，（ｉ）介电常数与损耗比值对比??Ｆｉｇｕｒｅ?１－２?（ａ－ｄ）?ＳＥＭ?ｉｍａｇｅｓ?ｏｆ?ＧＡ／ＰＶＡ－２５ＰＶＡ?ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ?ｗｉｔｈ?ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ?ｐｏｒｏｓｉｔｉｅｓ?ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ??ｂｙ?ｃｏｍｐａｃｔｉｏｎ；?（ｅ）?ＴＥＭ?ｉｍａｇｅｓ?ｏｆ?ＧＡ／ＰＶＡ－２５ＰＶＡ；?ｅｆｆｅｃｔｓ?ｏｆ?ｐｏｒｏｓｉｔｙ?ｏｎ?（ｆ）?ＡＣ?ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ??ａｎｄ?ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ?ｃｏｎｓｔａｎｔ；?ａｎｄ?ｏｎ?（ｇ）?ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ?ｌｏｓｓ?ｍｅａｓｕｒｅｄ?ａｔ?１?ｋＨｚ?ｏｆ?ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ?ｃｏａｔｅｄ?ｗｉｔｈ??ＰＶＡ?ｂａｒｒｉｅｒｓ?ｏｆ?ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ?ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｓ；?ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ?ｏｆ?（ａ）?ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ?ｃｏｎｓｔａｎｔ?ａｎｄ?ｌｏｓｓ，?ａｎｄ?（ｂ）??ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ?ｃｏｎｓｔａｎｔ／ｌｏｓｓ?ｒａｔｉｏ?ｏｆ?ｐｏｌｙｍｅｒ?ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ?ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ?ｗｉｔｈ?ｃｅｒａｍｉｃ／ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ?ｆｉｌｌｅｒｓ．??Ｈａｎ等人［２６Ｉ通过可逆的表面断裂转移聚合法制备出两种不同壳厚度核壳结??构复合材料，内层为还原氧化石墨烯导电填料，壳层为刚性含氟聚合物。壳层较??薄的记为ｒＧＯ＠ＰＴＦＭＳ－ｌ


本文编号：3523213