燃烧合成制备碳泡沫及其电磁屏蔽性能研究

发布时间：2021-08-04 07:57

　　本文为制备轻质电磁屏蔽碳材料,以聚氯乙烯（PVC）为碳源、金属镁粉（Mg）作为还原剂、二茂铁（Fc）为催化剂,辅以不同种类及不同含量的氯盐作为致孔剂,通过燃烧合成法制备碳泡沫,并研究其电磁屏蔽性能。探索了原料配比、催化剂含量、熔盐致孔剂种类及含量对燃烧合成产物的影响。采用XRD、Raman、SEM/EDS等手段对燃烧合成产物进行微观表征,并测试试样在X波段的电磁屏蔽效能（EMSE）。采用不同配比的碳源及还原剂进行实验,以确定最佳的原料配比。结果表明,当Mg含量为16wt%、PVC含量为84wt%时,XRD结果显示所得燃烧合成产物的碳（002）峰强度最高,半高宽最窄;Raman结果显示当Mg含量为16wt%时获得的燃烧合成产物的ID/IG值最小,表明产物碳的缺陷较少;SEM结果显示所得产物团聚严重,呈不规则颗粒状。在最佳原料配比的基础上,加入不同含量的催化剂Fc,以确定最佳的催化剂含量。结果表明,随着Fc含量的升高,XRD结果显示产物碳（002）衍射峰强度先增大后减小,当Fc含量为0.5wt%和0.75wt%时,产物碳（002）峰值较高;Raman结果显示当Fc含量为0.75wt%时,I... 

【文章来源】：西安建筑科技大学陕西省

【文章页数】：69 页

【学位级别】：硕士

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碳泡沫的两种主要微观结构[3]

西安建筑科技大学硕士学位论文4性质。但是这种方法制备成本高，能耗大，不宜投入工业化生产。因此，寻找一种绿色，简便，低能耗的碳泡沫的制备方法一直是碳泡沫材料研究的重要课题。1.1.2碳泡沫材料电磁屏蔽性能研究现状近年来，电子通讯技术的迅速发展带给人类社会极大便利的同时，手机、电脑等电子设备对人体的电磁辐射以及设备与设备之间的电磁干扰等问题愈发严重[25]。使用电磁屏蔽材料是解决电磁污染问题行之有效的方法。与传统的金属电磁屏蔽材料相比，碳系电磁屏蔽材料如碳纤维、碳纳米纤维、剥离石墨、炭黑等由于具有轻质、高比表面积、化学稳定性、环保等优点而被广泛应用于电磁屏蔽领域[1]。其中，碳泡沫以其优良的物理和化学性能，如低密度、低热膨胀系数、高热导率和高孔隙率、大比表面积和良好的抗热震性等，碳泡沫可以作为良好的电磁屏蔽或微波吸收材料。然而，对于碳泡沫电磁屏蔽性能的研究相对较少。关于电磁屏蔽领域的应用，最近已证明基于碳泡沫的复合材料具有显著的电子传输性能和电磁干扰（EMI）能力[86]。这种杰出的电磁屏蔽能力与高度多孔的超轻导电碳泡沫结构有关，如图1.2所示。图1.2碳泡沫在电磁屏蔽领域的应用[86]Chen等[27]研制了一种石墨烯/PDMS泡沫复合材料，这种轻质电磁屏蔽材料具有优异屏蔽效能和机械柔性。该复合材料的密度为0.06g/cm3，在30MHz-1.5GHz频率范

第1章绪论5围内屏蔽效率高达30dB，在X波段高达20dB。Yang等人[28]以中间相沥青为原料，在温度为450℃、惰性气氛压力为2.0MPa的条件下，成功制备了孔径大小为400~600μm的碳泡沫，研究了不同热处理温度下碳泡沫的电磁响应(如图1.3所示)，在700℃下碳化的碳泡沫表现出优异的微波吸收性能，在7GHz左右，反射损耗达到-10dB以上(吸收90%以上)。碳泡沫的多孔结构对微波吸收性能有着暗室效应，从而可以提高吸收性能。图1.3不同碳化温度下碳泡沫的微波吸收性能[28]Fang等[29-30]使用聚氨酯为碳源，采用模板碳化法制备得到碳泡沫，结果表明，所制得的碳泡沫介电常数较小，且碳泡沫的介电损耗是粉末状产物的几倍，表明碳泡沫的多孔结构对碳泡沫的电磁波吸收能力具有促进作用。此外，碳泡沫还表现出磁损耗，然而在其相应的粉末上并未观察到磁损耗。Kumar等人[32]用以沥青为原料，二茂铁为催化剂制备得到碳泡沫，研究二茂铁含量对碳泡沫性能影响。结果表明，二茂铁的加入有利于碳泡沫韧带结构的催化石墨化，提高了碳泡沫的导电性，从而使电磁屏蔽效能能提高(如图1.4所示)。


本文编号：3321326