异质元素掺杂石墨烯的电磁特性与微波吸收性能
发布时间：2023-02-08 09:21
作为一种二维碳纳米材料,石墨烯具有优异的导电性、高导热性、低密度等特点,可用于制备超轻的微波吸收材料,进而弥补传统吸波材料密度大、材料负载量高等应用弊端。但是石墨烯不具备磁性,单独使用纯石墨烯作为吸波材料时,其电磁匹配特性有待进一步改善。基于此,本文通过非金属原子掺杂改性以改善其磁性和电磁匹配特性,进而去调节材料的微波吸收性能。本文提出通过氮元素掺杂改善石墨烯磁性,进而调节其微波吸收性能的设计思路。探究了氮元素的掺杂方法、反应条件、前驱体氧化石墨烯(GO)特性对于掺杂含量、掺杂位点以及石墨烯磁性的影响。(i)水热反应方法从实验层面验证了吡咯型氮原子是氮掺杂石墨烯磁矩的主要来源,与理论结果中每个吡咯型氮原子可以贡献最多的磁矩(0.94μB)相符合。(ii)热处理方法发现,氮原子的引入主要通过某些特定的含氧官能团进行,且掺杂和还原之间存在一定的竞争关系。单纯的900°C高温处理可以获得0.60 emu/g的饱和磁化强度(Ms),但是在相同的热处理温度下,掺杂氮原子可以进一步使饱和磁化强度提高至0.67 emu/g。(iii)在热处理方法的基础上,我们研究了三种不同的GO前驱体(波纹状型氧化...
【文章页数】：133 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
关键词云
符号简称
1 第一章 绪论
1.1 电磁波吸收材料的研究目的和意义
1.2 电磁波吸收材料概述
1.2.1 吸波材料的电磁特性
1.2.2 吸波材料的设计原则
1.2.3 吸波材料的评价标准
1.2.4 吸波性能的测试方法
1.2.5 吸波材料的分类
1.3 石墨烯的磁性探索
1.3.1 锯齿形边缘
1.3.2 空位缺陷
1.3.3 吸附原子
1.3.4 应变调控
1.3.5 非金属原子掺杂
1.4 石墨烯在微波吸收中的应用
1.4.1 石墨烯复合材料
1.4.2 非金属元素掺杂的石墨烯
1.5 论文选题的目的和研究内容
1.5.1 本文选题的目的与意义
1.5.2 主要研究内容
2 第二章 主要实验试剂、仪器和表征方法
2.1 实验试剂
2.2 实验仪器
2.3 表征方法
2.3.1 扫描电子显微镜(SEM)
2.3.2 透射电子显微镜(TEM)
2.3.3 拉曼光谱(Raman)
2.3.4 X射线衍射(XRD)
2.3.5 X射线光电子能谱(XPS)
2.3.6 扫描探针显微镜(SPM)
2.3.7 傅里叶红外光谱仪(FTIR)
2.3.8 综合物性测量系统-振动样品磁强计(PPMS-VSM)
2.3.9 矢量网络分析仪(VNA)
3 第三章氮源浓度对于掺杂石墨烯结构和电磁性能的影响
3.1 样品的制备和表征
3.1.1 氧化石墨烯(GO)的制备
3.1.2 还原氧化石墨烯(rGO)的制备
3.1.3 不同氮源浓度的掺杂石墨烯(NrGO)的合成
3.1.4 样品的磁性和微波吸收性能表征
3.2 掺杂前后石墨烯样品的形貌和结构差异
3.3 氮源浓度对于掺杂含量的影响
3.4 氮类型对于石墨烯磁性的贡献
3.5 掺杂前后的石墨烯电磁性能对比
3.5.1 电磁参数
3.5.2 衰减和匹配的平衡
3.5.3 基于λ/4原理的吸收行为
3.5.4 与其他研究结果的对比
3.6 本章小结
4 第四章反应温度对于掺杂石墨烯结构和电磁性能的影响
4.1 不同反应温度的掺氮石墨烯的合成
4.2 反应温度对于掺氮石墨烯形貌的影响
4.3 反应温度对于掺杂/还原和氮位点的调控
4.4 反应温度对于掺杂石墨烯样品结构的影响
4.5 掺杂和还原对于石墨烯磁性的贡献分析
4.6 电磁性能分析
4.6.1 GO,rGO和NrGO的电磁参数
4.6.2 反应温度对于NrGO的介电常数和吸波性能的影响
4.6.3 掺杂石墨烯的吸波机理分析
4.7 本章小结
5 第五章前驱体对掺杂石墨烯结构和电磁性能的影响
5.1 三种不同形貌NrGO的来源
5.2 不同前驱体GO掺杂前后的形貌对比
5.3 前驱体对掺杂、还原的影响
5.4 三种不同形貌NrGO的电磁性能分析
5.5 本章小结
6 第六章掺杂顺序对于双掺杂石墨烯结构和电磁性能的影响
6.1 单掺杂和双掺杂石墨烯样品制备
6.1.1 氮掺杂石墨烯(NrGO)样品的制备
6.1.2 硫掺杂石墨烯(SrGO)样品的制备
6.1.3 氮硫共掺杂石墨烯(NSrGO)样品的制备
6.1.4 硫氮共掺杂石墨烯(SNrGO)样品的制备
6.2 硫掺杂石墨烯条件的探索
6.3 掺杂顺序对于形貌的影响
6.4 掺杂顺序对于磁性的影响
6.5 掺杂顺序对于结构的影响
6.6 掺杂顺序对于介电常数和微波吸收的影响
6.7 本章小结
7 第七章总结与展望
7.1 本文总结
7.2 创新点
7.3 展望
8 参考文献
9 致谢
10 个人简历
11 攻读学位期间发表的学术论文与取得的其它研究成果
本文编号：3737746
【文章页数】：133 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
关键词云
符号简称
1 第一章 绪论
1.1 电磁波吸收材料的研究目的和意义
1.2 电磁波吸收材料概述
1.2.1 吸波材料的电磁特性
1.2.2 吸波材料的设计原则
1.2.3 吸波材料的评价标准
1.2.4 吸波性能的测试方法
1.2.5 吸波材料的分类
1.3 石墨烯的磁性探索
1.3.1 锯齿形边缘
1.3.2 空位缺陷
1.3.3 吸附原子
1.3.4 应变调控
1.3.5 非金属原子掺杂
1.4 石墨烯在微波吸收中的应用
1.4.1 石墨烯复合材料
1.4.2 非金属元素掺杂的石墨烯
1.5 论文选题的目的和研究内容
1.5.1 本文选题的目的与意义
1.5.2 主要研究内容
2 第二章 主要实验试剂、仪器和表征方法
2.1 实验试剂
2.2 实验仪器
2.3 表征方法
2.3.1 扫描电子显微镜(SEM)
2.3.2 透射电子显微镜(TEM)
2.3.3 拉曼光谱(Raman)
2.3.4 X射线衍射(XRD)
2.3.5 X射线光电子能谱(XPS)
2.3.6 扫描探针显微镜(SPM)
2.3.7 傅里叶红外光谱仪(FTIR)
2.3.8 综合物性测量系统-振动样品磁强计(PPMS-VSM)
2.3.9 矢量网络分析仪(VNA)
3 第三章氮源浓度对于掺杂石墨烯结构和电磁性能的影响
3.1 样品的制备和表征
3.1.1 氧化石墨烯(GO)的制备
3.1.2 还原氧化石墨烯(rGO)的制备
3.1.3 不同氮源浓度的掺杂石墨烯(NrGO)的合成
3.1.4 样品的磁性和微波吸收性能表征
3.2 掺杂前后石墨烯样品的形貌和结构差异
3.3 氮源浓度对于掺杂含量的影响
3.4 氮类型对于石墨烯磁性的贡献
3.5 掺杂前后的石墨烯电磁性能对比
3.5.1 电磁参数
3.5.2 衰减和匹配的平衡
3.5.3 基于λ/4原理的吸收行为
3.5.4 与其他研究结果的对比
3.6 本章小结
4 第四章反应温度对于掺杂石墨烯结构和电磁性能的影响
4.1 不同反应温度的掺氮石墨烯的合成
4.2 反应温度对于掺氮石墨烯形貌的影响
4.3 反应温度对于掺杂/还原和氮位点的调控
4.4 反应温度对于掺杂石墨烯样品结构的影响
4.5 掺杂和还原对于石墨烯磁性的贡献分析
4.6 电磁性能分析
4.6.1 GO,rGO和NrGO的电磁参数
4.6.2 反应温度对于NrGO的介电常数和吸波性能的影响
4.6.3 掺杂石墨烯的吸波机理分析
4.7 本章小结
5 第五章前驱体对掺杂石墨烯结构和电磁性能的影响
5.1 三种不同形貌NrGO的来源
5.2 不同前驱体GO掺杂前后的形貌对比
5.3 前驱体对掺杂、还原的影响
5.4 三种不同形貌NrGO的电磁性能分析
5.5 本章小结
6 第六章掺杂顺序对于双掺杂石墨烯结构和电磁性能的影响
6.1 单掺杂和双掺杂石墨烯样品制备
6.1.1 氮掺杂石墨烯(NrGO)样品的制备
6.1.2 硫掺杂石墨烯(SrGO)样品的制备
6.1.3 氮硫共掺杂石墨烯(NSrGO)样品的制备
6.1.4 硫氮共掺杂石墨烯(SNrGO)样品的制备
6.2 硫掺杂石墨烯条件的探索
6.3 掺杂顺序对于形貌的影响
6.4 掺杂顺序对于磁性的影响
6.5 掺杂顺序对于结构的影响
6.6 掺杂顺序对于介电常数和微波吸收的影响
6.7 本章小结
7 第七章总结与展望
7.1 本文总结
7.2 创新点
7.3 展望
8 参考文献
9 致谢
10 个人简历
11 攻读学位期间发表的学术论文与取得的其它研究成果
本文编号：3737746
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