煤基泡沫炭复合材料的制备及其吸波性能

发布时间：2017-09-30 13:22

  本文关键词：煤基泡沫炭复合材料的制备及其吸波性能

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【摘要】：随着电磁污染的加剧及现代军事的发展,亟需研究高性能的结构型吸波材料用以满足民用及军事的需求。泡沫炭因独特的三维结构、密度轻、热稳定性高等特点而成为研究热点。煤直接液化工艺是解决石油危机、煤洁净利用的有效技术策略,但煤液化残渣(CLR)的再利用问题影响了煤的利用率和工艺的经济效益。本文工作围绕煤液化残渣相关原料开展,采用模板法制备泡沫炭材料并研究其电磁性能,分别考察炭化温度、金属盐含量及包覆环氧树脂等因素对材料电磁特性及吸波能力的影响。采用扫描电子显微镜、X射线衍射和矢量网络分析仪等技术手段对产物的结构、形貌和吸波性能进行分析评价。本论文主要研究内容和结果如下：(1)以CLR的萃取物沥青烯为碳源、聚氨酯泡沫为模板、硝酸镍为金属盐制备由核壳结构的碳包镍纳米颗粒构筑的泡沫炭复合材料。碳包金属纳米颗粒呈球形或准球形,分布均匀,粒径约为50nm。通过调节炭化温度和镍盐含量等调控泡沫炭的电磁参数及吸波能力。当炭化温度为750℃,镍与沥青烯的质量比为10：100时制得的产物Ni10@CF吸波性能最优,当频率为14.3 GHz时,最大衰减为-16dB,有效吸收频宽超过5GHz。对Ni10@CF复合环氧树脂层后,样品的最大吸波损耗提升至-18.8dB,有效吸收带宽超过8GHz。(2)以未经任何化学处理的CLR为碳源采用模板法制备泡沫炭复合材料。泡沫炭较好地保持模板聚氨酯的三维结构,孔泡直径约为400-600 μm。CLR中残留催化剂磁黄铁矿等组分转变为铁系颗粒均匀地分散于炭基体中,粒径约为1-20μm。考察研究炭化温度、镍含量等对泡沫炭结构及性质的影响。样品CF750具有适宜的阻抗匹配及衰减特性,吸波性能良好,有效吸收带宽约为5.8 GHz。通过引入少量的镍颗粒可进一步优化材料的电磁性能。(3)泡沫炭复合材料吸波机制可推测归纳为：泡沫炭的孔泡结构如微波暗室,利于加强电磁波的多重反射及增加传输路径；碳包镍及铁系颗粒等磁性物质提升样品磁损耗的同时,与炭基体形成多重界面,增加界面极化及相应的弛豫损耗；介电炭基体与磁性颗粒之间的协同效应,有利于阻抗匹配及微波吸收。
【关键词】：煤液化残渣 泡沫炭 微波吸收
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ127.11;TB34
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 引言9-10
• 1 文献综述10-26
• 1.1 吸波材料10-14
• 1.1.1 吸波材料的吸波原理10-12
• 1.1.2 吸波材料的分类12-14
• 1.2 炭素材料的吸波研究14-22
• 1.2.1 碳纤维14-15
• 1.2.2 碳纳米管15-18
• 1.2.3 碳包金属18-20
• 1.2.4 石墨烯20-22
• 1.3 泡沫炭22-24
• 1.3.1 泡沫炭的制备22-23
• 1.3.2 泡沫炭的吸波研究23-24
• 1.4 论文选题依据及研究内容24-26
• 2 实验部分26-30
• 2.1 实验原料及设备26-27
• 2.1.1 实验原料26
• 2.1.2 实验设备26-27
• 2.2 表征方法27-28
• 2.2.1 扫描电子显微镜(SEM)27
• 2.2.2 透射电子显微镜(TEM)27
• 2.2.3 X射线衍射(XRD)27
• 2.2.4 热重分析(TGA)27
• 2.2.5 元素分析27-28
• 2.3 电磁性能测试28-30
• 2.3.1 电磁参数测试28
• 2.3.2 吸波性能检测28-30
• 3 核壳纳米胶囊构筑三维泡沫炭复合材料及吸波应用30-44
• 3.1 实验部分31-32
• 3.1.1 泡沫炭的制备31
• 3.1.2 碳包镍泡沫炭复合材料的制备31
• 3.1.3 碳包镍泡沫炭/环氧树脂复合材料的制备31-32
• 3.2 结果与讨论32-43
• 3.2.1 炭化温度对吸波性能的影响32-36
• 3.2.2 Ni@C的吸波性能36-41
• 3.2.3 Ni@C/ER的吸波性能41-43
• 3.3 本章小结43-44
• 4 煤液化残渣为碳源合成泡沫炭复合吸波材料44-56
• 4.1 实验部分44-45
• 4.1.1 实验原料及性质44-45
• 4.1.2 泡沫炭复合材料的制备45
• 4.2 结果与讨论45-55
• 4.2.1 泡沫炭的结构与性质45-52
• 4.2.2 掺镍泡沫炭的结构及吸波性能52-55
• 4.3 本章小结55-56
• 结论56-57
• 参考文献57-64
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况64-65
• 致谢65-66
• 作者简介66-67

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本文编号：948431