论文部分内容阅读
近年来,由于电磁干扰、辐射问题和军工需求的增加,电磁波(Electromagnetic Wave,EMW)吸收领域得到了更多的发展,其原理为吸收并衰减进入其内部的电磁波,并将电磁波的能量以热能等形式耗散。材料对电磁波的吸收损耗机理包括磁损耗和介电损耗,两种损耗机理叠加作用则称为复合损耗。本文详细对磁损耗型Fe3O4空心球体、复合损耗型Fe3O4空心球体/rGO、改性复合损耗型KH550@Fe3O4空心球体/rGO和复合损耗型 Ni微粒/rGO电磁波吸收材料进行了研究。首先,第三章通过溶剂热法制备了独特的单分散Fe3O4空心球体,其作为磁损耗型吸波材料,通过磁滞损耗、自然共振和涡流损耗等磁损耗机制来吸收、衰减入射电磁波,性能优异。Fe3O4空心球体的密度明显低于对应的实心球体,相同体积条件下更加轻量化,满足吸波材料“轻”“薄”“强”“宽”中的“轻”。作为过渡族金属氧化物,Fe3O4空心球体的介电损耗值通常较低,吸波性能有进一步提升的空间。石墨烯的二维片层结构决定了其优异的性能,作为电介质型吸波材料,主要通过偶极子极化损耗电磁波,吸收方式单一且吸收效果不够理想。因此在第四、五、六三章中设计制备了磁介质复合电介质型电磁波吸收材料,复合材料兼具磁损耗和介电损耗,吸波性能更加优异,同时能够克服传统吸波材料所具有的密度大、基质添加量过高、易腐蚀和不耐高温等缺陷。Fe3O4空心球体作为小尺寸磁性粒子,易团聚,故在第五章中通过物理搅拌法特别引入硅烷偶联剂KH550为球体包裹上一层薄膜,进而解决复合物中Fe3O4比例过高时尤为严重的团聚现象,呈现分散均匀、品相良好的微观样品形貌。在第六章中,选择了同样为磁性物质的Ni微粒替代Fe3O4空心球体与石墨烯通过溶剂热法进行复合,进一步探寻了磁性物质与石墨烯复合材料的规律。通过上述研究得出以下结论:(1)通过尿素含量调控Fe3O4空心球体的尺寸(700～220nm)和形貌,实现球体尺寸“从大到小”、形貌“从光滑到粗糙”的调控。实验发现,性能最佳的样品编号为F2,其在8.32 GHz频率时实现了-56.90 dB的最大反射损耗(RL),频宽为4.68 GHz。此外,制备的Fe3O4空心球体适用范围广,不仅包括电磁波吸收,并在能量存储和生物医学领域具有潜在应用。(2)通过复合不同配比的Fe3O4空心球体与石墨烯,在不同的保温时间下进行反应,最终得到性能最佳的样品编号为FG21-7。Fe3O4/rGO复合材料兼具磁损耗和介电损耗,吸波性能得到提升。(3)为了进一步促进Fe3O4/rGO复合材料中磁性粒子的分散性和粒子与rGO柔性基材的粘合性,选择硅烷偶联剂KH550作为Fe3O4空心球体的表面改性剂。KH550@Fe3O4/rGO复合材料由于特殊的核-壳结构和rGO基质的存在,表现出优异的电磁波吸收特性。性能最佳的样品编号为KF1-2,其最小反射损耗值达到-57.87dB,≤10dB的有效吸收频宽达4.5GHz(从13.1 GHz至17.6GHz),吸收厚度仅为1.48mm,展现出超强、宽频和极轻薄的电磁波吸收性能。(4)通过复合不同配比的镍与石墨烯,在不同的反应温度下进行反应,最终得到性能最佳的样品编号为NG3,其在不同厚度4.51、3.40和2.90mm下均有优异的反射损耗表现,最小反射损耗值分别达-47.73dB,-53.27dB和-52.49 dB,≤10 dB的有效吸收频宽横跨C和X波段,展现出超强、宽频和极强的厚度可调性的电磁波吸收性能。图[48]表[13]参[109]