论文部分内容阅读
随着电磁波在民用、商业和军事领域的快速发展,强烈的电磁干扰已经成为了一种污染问题,这不仅会干扰到电子设备的工作,也会严重影响人类的生活环境。因此,为了解决日益严重的电磁干扰问题,电磁波吸收材料已被广泛地需求。同时,电磁波隐身技术也与现代军事武器装备的发展息息相关,是战争防卫和取胜的关键技术之一。当今,高性能的吸波材料需要满足“薄、轻、宽、强”的要求。与其他电磁波吸收材料相比,石墨烯显示出许多独特的性能,包括轻质、大的比表面积、良好的导电性、耐腐蚀、高的热稳定和化学稳定性等,已引起了广泛关注。然而,纯石墨烯的电磁波吸收性能很差,因为它对于电磁波的衰减作用仅仅依赖于介电损耗。石墨烯可以作为非均相颗粒生长的基体,石墨烯与颗粒物之间的协同作用能提高整体的吸波性能。本文将磁性材料等与石墨烯进行复合,从纳米复合、微观形貌及共价键键接等三个角度构筑新型吸波复合材料,使其兼具介电损耗和磁损耗,提高阻抗匹配性,增强吸波性能,相关研究内容如下:（1）利用溶剂热与简化共沉淀相结合的方法,成功合成了ZnO纳米棒和Fe3O4纳米粒子共同修饰的铁磁性石墨烯（RGO/Fe3O4/ZnO）纳米复合材料,并报道了其电磁波吸收性能。这种纳米复合材料的最大反射损耗在13.5 GHz处达到-57 dB,此时匹配厚度为2 mm。反射损耗小于-10 dB（电磁波衰减90%）的有效吸收带宽为10.8 GHz（5.9-16.7GHz）,此时匹配厚度范围为1.5-4 mm,覆盖了整个X波段（8-12 GHz）。（2）利用水热并结合共沉淀法成功地合成了RGO/CoFe2O4/ZnS纳米复合材料,平均粒径为3-8 nm的ZnS量子点和10-20 nm的CoFe2O4纳米粒子均匀负载在石墨烯片上。研究结果表明,与RGO/CoFe2O4纳米复合材料相比,RGO/CoFe2O4/ZnS纳米复合材料的电磁波吸收性能有显著提高,在仅1.8 mm时最大反射损耗高达-43.2 dB,在2 mm时最大吸收带宽（<-10 dB）为5.5 GHz（从10.2到15.7 GHz）。在1.5-2.5 mm范围内时吸收带宽（<-20 dB）高达6.3 GHz。此外,在1.5-5 mm范围内时吸收带宽（<-10 dB）几乎覆盖了整个频率范围（3.6-18 GHz）。（3）通过两步溶剂热法成功合成了RGO/CoFe2O4/SnS2纳米复合材料,粒径约5-10nm的CoFe2O4和SnS2纳米粒子均匀分散在石墨烯表面。与RGO/CoFe2O4复合材料相比,所制备的RGO/CoFe2O4/SnS2复合材料在最大反射损耗和吸收带宽方面均表现出优异的电磁波吸波性能。RGO/CoFe2O4/SnS2复合材料的最大反射损耗在16.5 GHz时为-54.4dB,此时厚度仅为1.6 mm,反射损耗低于-10 dB的吸收带宽高达12 GHz（从6到18GHz）,此时厚度范围为1.5-4 mm。（4）通过一些温和的化学反应将α-Fe2O3@SiO2纳米粒子成功地负载在石墨烯/荆棘状聚苯胺上（RGO/荆棘状PANI/α-Fe2O3@SiO2纳米复合材料）。测量的电磁参数表明,界面极化、电荷转移、多次反射和散射、德拜偶极弛豫过程、磁损耗、四分之一波长匹配以及特征阻抗匹配对提高电磁波的吸收性能均有重要作用。当匹配厚度为2.3 mm时,其最大反射损耗在14.4 GHz下达到了-50.06 dB,在厚度1.5-5.5 mm范围内,反射损耗低于-10 dB的吸收带宽为4-18 GHz。此外,纳米复合材料在石蜡基体中的添加量仅为16.7 wt%。（5）通过溶剂热-水热-水热三步法合成了RGO/中空ZnxFe3-xO4@多孔MnO2复合材料,具有独特的空心、核壳、多孔三合一结构,有利于电磁波的吸收。与二元中空ZnxFe3-xO4@多孔MnO2和RGO/中空ZnxFe3-xO4复合材料相比,三元复合材料在反射损耗和带宽方面均表现出良好的电磁波吸收性能。最大反射损耗-50.6 dB发生在8.96 GHz处,在厚度1.5-5.5 mm范围内,-10 dB以下的有效带宽可由3.6 GHz向18 GHz偏移。其优异的吸收性能主要来自于磁损耗和介电损耗的协同作用。（6）利用液相还原-水热-液相还原相结合的方法,在石墨烯导电网络上制备了一种纳米复合材料,核壳结构CoNi合金@C纳米粒子均匀地分散在石墨烯纳米片上。还原氧化石墨烯具有丰富的导电网络,有利于CoNi合金@C纳米粒子的嵌入。与单一的CoNi合金和CoNi合金@C纳米复合材料相比,三元RGO/CoNi合金@C纳米复合材料的电磁波吸收性能有显著提高,其最大反射损耗在7.84 GHz时达到-62.4 dB,反射损耗在-10dB以下的有效带宽高达14.4 GHz。同时,通过对吸收效率的计算,得出纳米复合材料在3.3 mm时的吸波性能最佳,效率值为24.88 dB·GHz/mm。（7）利用水热结合液相还原反应的两步法合成了一种新型异构RGO/蓟花状CoNi/Ag复合材料。由于独特的花状结构和良好的介电损耗与磁损耗协同效应,该复合材料具有优异的电磁波吸收强度和频宽。当匹配厚度仅为1.67 mm时,最大反射损耗-61.9 dB可在6.96 GHz下获得,反射损耗小于-10 dB的对应有效带宽为5.6 GHz,范围为12.4-18 GHz。（8）利用胺基-酯基-酰胺化反应制备了独特的共价键键合CoFe2O4和石墨烯的纳米复合材料。与物理共混纳米复合材料相比,RGO-CONH-CoFe2O4纳米复合材料具有优异的电磁波吸收性能,在1.7 mm厚度下最大反射损耗值达到了-55.2 dB,反射损耗小于-10 dB的吸收带宽约为5.4 GHz。这种高效性与纳米复合材料中引入的酰胺键有关,它作为一种稳定的载流子通道,可以提高CoFe2O4与石墨烯纳米片之间的电子迁移速率和结合程度,对材料的电磁参数和极化模式产生至关重要的影响,从而影响电磁波的吸收能力。