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电磁波的广泛应用为人们的日常生活提供了极大的方便,但是也会带来电磁辐射、电磁泄露及电磁干扰等负面效应。因此,发展高效、高频、应用领域广、实用性强的电磁波吸收材料在军事领域、民用领域和商用领域都具有重要的现实需求。碳化硅凭借其独有的极端条件稳定性、轻质、低密度和高频吸波特性,使其在吸波材料领域占有重要席位。由于普通碳化硅材料并不能满足日益增长的高性能吸波材料性能要求,针对其进行纳米化和复合化,提升吸波性能,成为当前重要的基础研究方向。其中碳化硅纳米线/碳系复合材料在提升其吸波性能方面潜力巨大,但也存在制备工艺复杂、成本较高、难以工业化等问题。新型碳系吸波材料—氧化石墨烯具有轻质、表面易改性、成本低以及可调控性强等优点,可以作为碳化硅纳米线的碳源材料和吸波增强剂。因此,本论文以氧化石墨烯为碳源,探索高效、低成本、制备工艺简单的碳化硅纳米线/石墨烯复合材料合成方法。主要实验内容如下:
(1)以氧化石墨烯-硅粉为研究对象,采用机械混合辅助碳热还原反应制备碳化硅纳米线/石墨烯复合材料,并对其结构、形貌以及电磁波吸收性能进行了研究。探索了不同氧化石墨烯和硅粉的配比(1∶1,2∶1,4∶1)、反应温度(1350℃,1400℃,1450℃)所制得复合材料对吸波性能的影响。利用SEM、TEM、XRD、Raman、傅里叶红外光谱仪、XPS、矢量网络分析仪等对复合材料的物相、形貌结构和吸波性能进行研究。结果表明:当氧化石墨烯和硅粉摩尔比为2∶1时,在1400℃时制得的碳化硅纳米线/石墨烯复合材料为最佳。当其样品厚度为2.6mm时,有效吸收带宽为2GHz;当在频率为7.8GHz的位置,其反射损耗值最小,约为-37.1dB。
(2)以氧化石墨烯-正硅酸乙酯为研究对象,采用溶胶-凝胶辅助碳热还原法制备碳化硅纳米线/石墨烯复合材料,对其电磁波吸收性能进行表征。研究了氧化石墨烯和正硅酸乙酯的配比(1∶1,2∶1,4∶1)、不同反应温度(1300℃,1350℃,1400℃,1450℃)对目标产物的形貌和电磁波吸收特性的影响。利用X射线衍射仪、激光拉曼散射仪、傅里叶红外光谱仪、X射线光电子能谱仪、透射电子显微镜、扫描电子显微镜、矢量网络分析仪等对所合成材料的物相、形貌结构和电磁波吸收性能进行分析。结果表明当在同一反应的物料比下,在不同温度下得到的纳米碳化硅的形貌各不相同。反应温度为1300℃时得到的碳化硅为卷曲的絮状;1350℃时得到的样品呈网格状;1400℃时得到的样品为线状或片状;1450℃时得到的样品为线状。当反应物料比为1∶1时,在1400℃时得到的碳化硅纳米线/石墨烯复合材料样品的介电常数最大,其吸波效果最好、阻抗匹配程度最高。其最佳的样品为在样品厚度为当样品厚度为3.2mm时,其有效吸收带宽大于9GHz,在频率为15.4GHz时其反射损耗值最小,约为-45.6dB。
本研究为探索具有高吸波效果碳化硅纳米线/石墨烯复合材料提供了有效且可实行的新途径。
(1)以氧化石墨烯-硅粉为研究对象,采用机械混合辅助碳热还原反应制备碳化硅纳米线/石墨烯复合材料,并对其结构、形貌以及电磁波吸收性能进行了研究。探索了不同氧化石墨烯和硅粉的配比(1∶1,2∶1,4∶1)、反应温度(1350℃,1400℃,1450℃)所制得复合材料对吸波性能的影响。利用SEM、TEM、XRD、Raman、傅里叶红外光谱仪、XPS、矢量网络分析仪等对复合材料的物相、形貌结构和吸波性能进行研究。结果表明:当氧化石墨烯和硅粉摩尔比为2∶1时,在1400℃时制得的碳化硅纳米线/石墨烯复合材料为最佳。当其样品厚度为2.6mm时,有效吸收带宽为2GHz;当在频率为7.8GHz的位置,其反射损耗值最小,约为-37.1dB。
(2)以氧化石墨烯-正硅酸乙酯为研究对象,采用溶胶-凝胶辅助碳热还原法制备碳化硅纳米线/石墨烯复合材料,对其电磁波吸收性能进行表征。研究了氧化石墨烯和正硅酸乙酯的配比(1∶1,2∶1,4∶1)、不同反应温度(1300℃,1350℃,1400℃,1450℃)对目标产物的形貌和电磁波吸收特性的影响。利用X射线衍射仪、激光拉曼散射仪、傅里叶红外光谱仪、X射线光电子能谱仪、透射电子显微镜、扫描电子显微镜、矢量网络分析仪等对所合成材料的物相、形貌结构和电磁波吸收性能进行分析。结果表明当在同一反应的物料比下,在不同温度下得到的纳米碳化硅的形貌各不相同。反应温度为1300℃时得到的碳化硅为卷曲的絮状;1350℃时得到的样品呈网格状;1400℃时得到的样品为线状或片状;1450℃时得到的样品为线状。当反应物料比为1∶1时,在1400℃时得到的碳化硅纳米线/石墨烯复合材料样品的介电常数最大,其吸波效果最好、阻抗匹配程度最高。其最佳的样品为在样品厚度为当样品厚度为3.2mm时,其有效吸收带宽大于9GHz,在频率为15.4GHz时其反射损耗值最小,约为-45.6dB。
本研究为探索具有高吸波效果碳化硅纳米线/石墨烯复合材料提供了有效且可实行的新途径。