【摘 要】
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随着信息技术的快速发展,吸波材料在电子可靠性、医疗保健和国防安全等方面发挥着越来越重要的作用。因此,开发薄厚度、低密度、宽带宽、强吸收的高性能吸波材料引起了人们的极大兴趣。近年来,由于石墨烯具有低密度、高比表面积、强介电损耗和高电子导电性等优点,将其作为高性能吸波材料受到了广泛的关注。然而单一的石墨烯由于阻抗匹配差,吸波机理单一,限制了其进一步拓展应用。为了进一步优化石墨烯的吸波性能,本论文采用不
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随着信息技术的快速发展,吸波材料在电子可靠性、医疗保健和国防安全等方面发挥着越来越重要的作用。因此,开发薄厚度、低密度、宽带宽、强吸收的高性能吸波材料引起了人们的极大兴趣。近年来,由于石墨烯具有低密度、高比表面积、强介电损耗和高电子导电性等优点,将其作为高性能吸波材料受到了广泛的关注。然而单一的石墨烯由于阻抗匹配差,吸波机理单一,限制了其进一步拓展应用。为了进一步优化石墨烯的吸波性能,本论文采用不同石墨烯衍生物和陶瓷基材料相结合,最终制备出综合性能较强的吸波复合材料。本论文主要研究内容如下:（1）采用等离子喷涂技术制备不同含量的石墨烯纳米片（GNS）/氧化锌（ZnO）/氧化铝（Al2O3）吸波涂层。系统研究了涂层的微观结构与相组成,分析了 8.2～12.4 GHz频率范围内不同GNS含量对复介电常数和吸波特性的影响。结果表明石墨烯均匀分散在粉末和涂层之中,由于GNS具有较高的电导率和极化损耗,涂层的复介电常数随GNS含量的增加而提高。当GNS添加量为15 wt.%,涂层厚度为1.82 mm时,涂层吸波性能最优,有效吸收频宽（EAB,反射率RL≤-10 dB）覆盖了 11.2～12.0 GHz,且最小反射率（RLmin）达到了-45 dB,同时,相比未加GNS的涂层,涂层硬度由914.2 HV0.2提高到1057.3 HV0.2。（2）采用水热和冷冻干燥法合成了不同形貌和质量比的还原氧化石墨烯（RGO）/ZnO三维（3D）多孔复合材料。研究发现,通过调节前驱体pH值可控制复合材料中ZnO晶粒形态,剩余Zn2+吸附在RGO薄片上形成了 ZnO纳米晶,且RGO上生长的ZnO纳米晶有效防止了 RGO的团聚。复介电常数和吸波性能测试结果表明,当游离ZnO形貌为小六棱柱（pH=8.5）,ZnO:RGO质量比为8:1,厚度为3.4 mm时,复合材料具有最佳的吸波性能,EAB覆盖了 8.7～11.1 GHz 和 11.5～12.4 GHz。（3）通过热处理和水解工艺制备了 3D多孔TERGO/ZnO复合材料。GO经热膨胀后脱氧并迅速膨胀形成3D多孔TERGO结构,再将ZnO颗粒均匀地分散在TERGO表面或层间,系统研究了不同TERGO:ZnO质量比对复合材料复介电常数和吸波性能的影响,同时还制备了 3D多孔膨胀石墨（EG）/ZnO复合材料进行对比。结果表明复合材料中TERGO/ZnO质量比为1:4,厚度为3.9 mm时,具有最强的吸波性能,EAB覆盖了整个X波段（8.2-12.4GHz）。相比较EG/ZnO复合材料,其EAB扩宽了两倍,这归功于多重反射和偶极子极化的增强。（4）先通过水解和热处理在TERGO和EG表面包覆一层Al2O3或ZnO,再加入基体Al2O3并使用等离子喷涂技术制备出三种涂层。系统地研究了不同涂层的显微结构、吸波性能以及摩擦学性能。结果表明,Al2O3包覆的涂层熔融状态较好,而ZnO包覆的涂层粉末化严重。此外,TERGO和EG均匀的分散在涂层中。由于阻抗匹配和偶极子极化的增强,TERGO/Al2O3涂层的吸波性能最优,在厚度为2.2mm时,EAB达到了 2.8 GHz,RLmin在频率为9.8 GHz时达到了-35.3 dB,同时RL≤-20dB（99%的吸收）的频宽达到了 0.7GHz。此外,由于TERGO的自润滑性以及Al2O3涂层的熔融状态较好,TERGO/Al2O3涂层还具有优异的耐磨减摩性能,其摩擦系数和磨损率相较于纯Al2O3涂层分别降低了 41%和90%。
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