非溶剂法合成碳化钨/碳复合材料及其吸波性能研究
发布时间：2022-01-12 19:43
近年来,电磁波（EM）污染对人体健康、设备运行、信息安全等方面造成了严重的危害受到人们的广泛关注。电磁波吸收技术因其电磁波与电磁波吸收材料（吸波材料）相互作用时产生能量转化的特点成为一种先进和绿色的技术。在众多的吸波材料中,碳化物/碳复合材料是一种新型的二元介电材料,且具有良好的EM吸收性能。本论文以二氰二胺（DCA）和偏钨酸铵（AM）固体为原料,通过简单的非溶剂法制备了不同质量比的碳化钨/碳复合材料前驱体。然后,高温热解前驱体,超细WC1-x纳米颗粒（3～4nm）原位生成并均匀分散在DCA衍生的碳纳米片上。这种特殊的结构克服了传统碳化物颗粒尺寸过大引起的化学均匀性差的问题,有利于形成丰富的异质界面。实验结果表明,该方法不仅可以通过改变DCA与AM的质量比有效调控复合材料的化学组成,而且不影响WC1-x纳米粒子的平均尺寸。此外,随着碳纳米片含量的增加,碳化钨/碳复合材料的电导损耗和极化弛豫引起的相对复介电常数和介电损耗能力也不断增强。复合材料介电性能的差异性使这些材料具有可分辨的衰减能力和阻抗匹配能力。当DCA与AM的重量比为6.0时,优化后的复合材料可以在2.0-18.0 GHz范围...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：64 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
(a)NG/CoNi杂化体合成示意图，(b)NG/CoNi杂化体的TEM和CoNi在NG/CoNi杂化体中的HRTEM，(c)NG/CoNi杂化体的三维反射损耗图[26]
哈尔滨工业大学理学硕士学位论文-7-同效应，复合材料的最大反射损耗达到-22dB（10GHz,2.00mm），有效吸收带宽为14.4GHz（1.35-5.0mm）。图1-1(a)NG/CoNi杂化体合成示意图，(b)NG/CoNi杂化体的TEM和CoNi在NG/CoNi杂化体中的HRTEM，(c)NG/CoNi杂化体的三维反射损耗图[26]Meng等人以Fe3O4、石墨烯、聚多巴胺、乙烯和乙二醇为原料成功合成了3D石墨烯@Fe3O4纳米片复合材料（图1-2a）[27]。其中，聚多巴胺作为一种有效的粘结剂将Fe3O4和石墨烯结合在一起，进而构建出石墨烯双面都生长Fe3O4的3D结构。该材料在9.5GHz,2.7mm时的最大反射损耗为-52.8dB，展现出优异的吸波性能（图1-2b）。图1-2(a)3D石墨烯@Fe3O4纳米片合成示意图，(b)不同厚度石墨烯@Fe3O4纳米片的电磁波吸收机理和RL[27]
容易氧化、磁损耗能力较弱和较低的居里点）[27]。因此，一些科学工作者尝试用其它介电材料替代磁性材料并与碳基材料复合[28-32]。1.3.3碳化物/碳复合吸波材料的研究现状碳化物作为一种特殊的陶瓷材料，具有良好的机械、物理和化学性能，在储能和催化等领域拥有广泛的前景。尤其是，碳化物固有的极化弛豫特性使得它们成为与碳材料进行复合以此来衰减电磁波的常用介质。许多例子也成功证明碳和碳化物之间的协同效应可以有效改善复合材料的吸波性能[28-32]。Li等人通过CVD工艺实现修饰Ti3C2碳氮化合物的目的，该材料（图1-3）具有大量的异质界面、导电路径、缺陷和多孔结构[28]。研究显示，由于氮掺杂的Ti3C2和碳纳米管之间的协同效应，以及丰富的异质界面、缺陷、孔状结构，当Ti3C2Tx/CNTs复合材料的填充量为35%，厚度为1.55mm时，最大反射损耗达到-52.9dB。此外，随着材料厚度的改变，有效吸收带宽达到14.54GHz（3.46-18GHz）展现出良好的吸波性能。图1-3碳纳米管修饰Ti3C2的SEM[28]Li等人采用熔融盐法成功合成了鳞片状结构的G/TiC/Ti3C2吸波材料[29]。如图1-4（a），（b），在G/TiC/Ti3C2中，Ti3C2片垂直生长于G/TiC平面。研究发现，这种特殊的异质界面和电子能带结构可以有效地抑制趋肤效应；同时，在电场的作用下，空间电荷在异质界面处大量积累引起界面极化，导致电磁波最大反射损耗达到-63dB,从而提升了电磁波的吸收性能。实验结果表明，碳化钛和石墨烯之间的协同效应以及这种特殊结构可以有效优化复合材料的吸波性能。
【参考文献】：
期刊论文
[1]Microwave Absorption of Crystalline Fe/MnO@C Nanocapsules Embedded in Amorphous Carbon[J]. Gaihua He,Yuping Duan,Huifang Pang. Nano-Micro Letters. 2020(04)
博士论文
[1]钴镍金属及石墨烯复合吸波材料制备与性能[D]. 王莹.哈尔滨工业大学 2019
[2]碳纳米管异质结构的制作及高温电磁特性研究[D]. 卢明明.北京理工大学 2017
硕士论文
[1]铁钴金属/碳复合材料的制备及电磁波吸收性能[D]. 王逢源.哈尔滨工业大学 2019
[2]中空核壳四氧化三铁/氧化锆纳米复合材料的合成及高温微波吸收性能研究[D]. 喻蒙.复旦大学 2014
本文编号：3585353
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：64 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
(a)NG/CoNi杂化体合成示意图，(b)NG/CoNi杂化体的TEM和CoNi在NG/CoNi杂化体中的HRTEM，(c)NG/CoNi杂化体的三维反射损耗图[26]
哈尔滨工业大学理学硕士学位论文-7-同效应，复合材料的最大反射损耗达到-22dB（10GHz,2.00mm），有效吸收带宽为14.4GHz（1.35-5.0mm）。图1-1(a)NG/CoNi杂化体合成示意图，(b)NG/CoNi杂化体的TEM和CoNi在NG/CoNi杂化体中的HRTEM，(c)NG/CoNi杂化体的三维反射损耗图[26]Meng等人以Fe3O4、石墨烯、聚多巴胺、乙烯和乙二醇为原料成功合成了3D石墨烯@Fe3O4纳米片复合材料（图1-2a）[27]。其中，聚多巴胺作为一种有效的粘结剂将Fe3O4和石墨烯结合在一起，进而构建出石墨烯双面都生长Fe3O4的3D结构。该材料在9.5GHz,2.7mm时的最大反射损耗为-52.8dB，展现出优异的吸波性能（图1-2b）。图1-2(a)3D石墨烯@Fe3O4纳米片合成示意图，(b)不同厚度石墨烯@Fe3O4纳米片的电磁波吸收机理和RL[27]
容易氧化、磁损耗能力较弱和较低的居里点）[27]。因此，一些科学工作者尝试用其它介电材料替代磁性材料并与碳基材料复合[28-32]。1.3.3碳化物/碳复合吸波材料的研究现状碳化物作为一种特殊的陶瓷材料，具有良好的机械、物理和化学性能，在储能和催化等领域拥有广泛的前景。尤其是，碳化物固有的极化弛豫特性使得它们成为与碳材料进行复合以此来衰减电磁波的常用介质。许多例子也成功证明碳和碳化物之间的协同效应可以有效改善复合材料的吸波性能[28-32]。Li等人通过CVD工艺实现修饰Ti3C2碳氮化合物的目的，该材料（图1-3）具有大量的异质界面、导电路径、缺陷和多孔结构[28]。研究显示，由于氮掺杂的Ti3C2和碳纳米管之间的协同效应，以及丰富的异质界面、缺陷、孔状结构，当Ti3C2Tx/CNTs复合材料的填充量为35%，厚度为1.55mm时，最大反射损耗达到-52.9dB。此外，随着材料厚度的改变，有效吸收带宽达到14.54GHz（3.46-18GHz）展现出良好的吸波性能。图1-3碳纳米管修饰Ti3C2的SEM[28]Li等人采用熔融盐法成功合成了鳞片状结构的G/TiC/Ti3C2吸波材料[29]。如图1-4（a），（b），在G/TiC/Ti3C2中，Ti3C2片垂直生长于G/TiC平面。研究发现，这种特殊的异质界面和电子能带结构可以有效地抑制趋肤效应；同时，在电场的作用下，空间电荷在异质界面处大量积累引起界面极化，导致电磁波最大反射损耗达到-63dB,从而提升了电磁波的吸收性能。实验结果表明，碳化钛和石墨烯之间的协同效应以及这种特殊结构可以有效优化复合材料的吸波性能。
【参考文献】：
期刊论文
[1]Microwave Absorption of Crystalline Fe/MnO@C Nanocapsules Embedded in Amorphous Carbon[J]. Gaihua He,Yuping Duan,Huifang Pang. Nano-Micro Letters. 2020(04)
博士论文
[1]钴镍金属及石墨烯复合吸波材料制备与性能[D]. 王莹.哈尔滨工业大学 2019
[2]碳纳米管异质结构的制作及高温电磁特性研究[D]. 卢明明.北京理工大学 2017
硕士论文
[1]铁钴金属/碳复合材料的制备及电磁波吸收性能[D]. 王逢源.哈尔滨工业大学 2019
[2]中空核壳四氧化三铁/氧化锆纳米复合材料的合成及高温微波吸收性能研究[D]. 喻蒙.复旦大学 2014
本文编号：3585353
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