【摘 要】
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随着雷达隐身技术和电子通信技术的发展,对电磁波吸收材料的要求也越来越高。聚吡咯（PPy）是一类重要的导电聚合物,因其合成工艺简单、密度低、导电性好、化学性能稳定等优点,在吸波材料领域受到广泛关注。因此,制备出一类具有优异电磁吸收性能的PPy基复合材料具有重要的研究意义和良好的发展前景。本论文重点设计和制备了三种PPy基复合材料,包括不同形貌氧化锌（Zn O）/PPy复合材料、MWCNTs（rGO）
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随着雷达隐身技术和电子通信技术的发展,对电磁波吸收材料的要求也越来越高。聚吡咯（PPy）是一类重要的导电聚合物,因其合成工艺简单、密度低、导电性好、化学性能稳定等优点,在吸波材料领域受到广泛关注。因此,制备出一类具有优异电磁吸收性能的PPy基复合材料具有重要的研究意义和良好的发展前景。本论文重点设计和制备了三种PPy基复合材料,包括不同形貌氧化锌（Zn O）/PPy复合材料、MWCNTs（rGO）/PPy二元复合材料和MWCNTs/rGO/PPy三元复合材料。探索了这些复合物的结构和成分对其电磁参数及吸波性能的影响,并分析了微波损耗机制。采用场发射扫描电子显微镜（FESEM）、透射电子显微镜（TEM）、X射线衍射（XRD）、拉曼光谱（Raman）、X射线光电子能谱（XPS）、红外光谱（FTIR）等表征手段分析了复合材料的表面形貌、晶体结构等。通过矢量网络分析仪（VNA）测试了复合材料的电磁参数,并分析了微波损耗机制。具体内容如下:（1）采用水热法和原位聚合法,成功制得中空多孔、花状和棒状结构Zn O以及三种不同结构的Zn O/PPy复合材料。通过调控吡咯的用量,实现对Zn O包裹PPy含量的调变,进而调控Zn O/PPy复合材料的介电性能。结果表明:中空多孔结构Zn O/PPy复合材料的微波吸收频带最宽,综合性能最优。当吡咯用量为0.8 m L时,匹配厚度为2.2 mm时,中空多孔结构Zn O/PPy复合材料的最小反射损耗值可达-48.5 d B,且有效吸收带宽为6.1 GHz;花状结构Zn O/PPy复合材料,当厚度为1.6 mm时,在14.5 GHz处具有最小反射损耗值,为-20.1 d B,有效吸收带宽为6.6 GHz;棒状Zn O/PPy复合材料在高频区有较强的微波吸收性能,厚度为2.7 mm时,在15.8 GHz处具有最小反射损耗值,为-59.7 d B,有效吸收带宽为6.4 GHz。导电性聚合物PPy的引入和Zn O中空多孔结构,能有效提高复合材料的介电性能,形成入射电磁波的多重反射,同时在二者间形成界面极化效应,均有利于改善复合材料的微波吸收性能。（2）通过原位聚合法将PPy修饰在MWCNTs和GO上,成功制得PPy均匀包覆的MWCNTs/PPy和rGO/PPy复合材料。考察PPy含量的变化对不同碳基复合材料微波吸收性能的影响。结果表明:适量的导电聚合物能有效提高rGO/PPy复合材料的微波吸收性能,当吡咯用量为0.3 m L时,rGO/PPy复合物在17.5 GHz处,厚度为1.9 mm时,最小反射损耗值可达-69.7 d B。弛豫损耗在rGO/PPy的微波衰减过程中起关键作用。而MWCNTs/PPy复合材料中吡咯的用量偏多,形成的PPy包覆层较厚,导致阻抗匹配较差,反射损耗值都在-10 d B以上,微波吸收性能不理想。（3）在水热条件下,利用原位聚合法将PPy与MWCNTs和rGO的络合物进行复合,成功制得MWCNTs/rGO/PPy三元复合物。考察了MWCNTs和rGO复合碳材料基底,以及修饰聚合物PPy的含量对该三元复合物微波吸收性能的影响。结果表明:随着PPy含量的增加,复合物的电磁波衰减能力呈现先增后减的趋势。当吡咯用量为0.3 m L时,在厚度为3.5 mm和2.4 mm时,MWCNTs/rGO/PPy复合物在7.5 GHz和11.0 GHz两处有较大的反射损耗,分别为-52.2 d B和-54.1 d B,对应的有效吸收带宽为2.2 GHz和3.6 GHz。MWCNTs和rGO复合碳材料基底与PPy之间的界面极化以及管状和层状形成的多空隙网络结构能有效地衰减电磁波,从而提高复合材料的微波吸收性能。
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