Ti3C2Tx及Ti3C2Tx/Co3O4复合材料的结构表征与吸波性能研究

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:leninho
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随着现代社会的到来,电磁波已经遍布我们的生活,在提高生活质量促进社会发展的同时,也悄悄地造成不可见的污染。高精度的电子仪器会由于电磁干扰而出现信息错误、功能受损、精度降低;公共交通会由于电磁干扰而出现延误或事故;医疗器械会发生畸变失真和误报;长时间生活在具有电磁污染的环境中,会损害中枢神经系统和造成心脑血管疾病。因此,屏蔽多余电磁干扰,减轻电磁污染意义重大,而屏蔽电磁波材料可能会导致电磁波折射,引起二次污染,吸波材料则会将电磁波吸收进材料内部并将其转化为其他形式的能量(主要是热能)耗散掉。二维材料作为近年来崛起的新型材料,由于其鲜明的优点而广泛受到各界的关注,MXene就是其中的典型代表。其密度低,具有多层结构、大小不等的孔洞结构、丰富的表面官能团、大的比表面积及良好的导电性能,这些都十分契合吸波材料的要求。本文围绕MXene及其复合物的制备与吸波性能开展了以下研究。原位刻蚀制备出二维纳米材料Ti3C2Tx。结构分析表明,Ti3C2Tx少层或单层纳米片具有典型层片状结构,层间距1.34 nm。测试了不同质量分数的Ti3C2Tx作为吸波剂添加时的电磁参数和吸波性能。研究表明,随着添加的Ti3C2Tx质量分数增大,电损耗能力提高,而磁损耗较低,也证明了Ti3C2Tx是介电材料而非铁磁性材料。不同质量分数(40wt%、50wt%、60wt%)的Ti3C2Tx均表现出一定的吸收电磁波的能力,其中40wt%添加量的样品在18GHz频率,厚度5.5mm时,最低反射损耗值为-10d B,表明Ti3C2Tx仅依靠介电损耗这一机制,具有吸波材料的潜质。制备了Ti3C2Tx/Co3O4复合材料,通过磁性粒子Co3O4在Ti3C2Tx片层间生长,可以优化Ti3C2Tx材料的各项电磁参数,优化阻抗匹配值,促使更多电磁波进入材料内部,提高吸收效率。测试了Ti3C2Tx/Co3O4复合材料在添加量40 wt%、50 wt%、60 wt%的试样的电磁参数,并依此分析了吸波机理。40wt%吸波剂填充量下,在14GHz频率,厚度3.0mm时,最低反射损耗值为-28d B,有效吸波带宽为6GHz。50wt%吸波剂填充量下,在10GHz频率,厚度5.5mm时,最低反射损耗值为-25d B,有效吸波带宽为7GHz。60wt%吸波剂填充量下,在16GHz频率,厚度5.5mm时,最低反射损耗值为-23d B,有效吸波带宽为6GHz。
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