【摘 要】
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随着5G时代的到来,高频率、硬件零部件的升级以及联网设备及天线数量的成倍增长,设备与设备之间及设备本身内部的电磁干扰无处不在,电磁干扰和电磁辐射给电子设备及人类健康带来的危害对电磁吸收提出了更高挑战。因此设计污染小、成本低、吸收强的电磁吸波材料具有重要意义。石墨烯具有较大的比表面积、良好的导电性、特殊的二维层状结构,成为一种潜在的吸波材料。然而,研究发现单一石墨烯具有较高的介电损耗,较低的磁损耗,
【基金项目】
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国家自然科学基金（51507003）; 安徽省杰出青年科学基金（2008085J27）
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随着5G时代的到来,高频率、硬件零部件的升级以及联网设备及天线数量的成倍增长,设备与设备之间及设备本身内部的电磁干扰无处不在,电磁干扰和电磁辐射给电子设备及人类健康带来的危害对电磁吸收提出了更高挑战。因此设计污染小、成本低、吸收强的电磁吸波材料具有重要意义。石墨烯具有较大的比表面积、良好的导电性、特殊的二维层状结构,成为一种潜在的吸波材料。然而,研究发现单一石墨烯具有较高的介电损耗,较低的磁损耗,因此其吸波性能并不理想。目前,石墨烯基吸波材料研究集中于二维结构复合材料,石墨烯基三维网络结构复合气凝胶吸波性能的研究报道较少。本文以氧化石墨烯（GO）为模板、乙二胺（EDA）为掺氮试剂和还原剂,通过水热反应将三种磁性铁氧体与石墨烯复合自组装构筑新型石墨烯基三维磁性复合气凝胶。使用XRD、Raman、XPS、SEM、TEM、VSM、VNA等表征复合气凝胶的物相结构、石墨化度、元素组成、微观形貌、磁性能和电磁参数。探究材料组成、煅烧温度和金属离子掺杂对复合气凝胶性能的影响,并深入研究其结构与性能之间的构-效关系,揭示其微波吸收机理。本文的研究结果有望为石墨烯基三维网状轻质吸波材料的结构设计和性能调控提供参考价值。主要研究内容如下:1.第二章采用溶剂热-水热自组装法制备氮掺杂石墨烯/中空钴铁氧体（NRGO/hollow CoFe2O4）复合气凝胶。探究铁氧体种类和材料组成对其吸波性能的影响。结果发现,复合气凝胶具有较低的密度（12.1-14.5 mg·cm-3）和特殊的三维网络结构,当填充比为15 wt.%（基体为石蜡）、匹配厚度为1.8 mm时,复合气凝胶呈现出良好的吸波性能,即比最小反射损耗（SRLmin）为-24.8dB-mm-1,最大有效吸收带宽（EABmax）达5.2 GHz（12.6-17.8 GHz）。空间电荷在NRGO和CoFe204异质界面积累产生的界面极化损耗,RGO表面的缺陷、残留官能团以及氮原子掺杂引起偶极极化损耗,磁性中空铁氧体组分引起磁共振损耗等的协同作用,增强复合气凝胶对微波的衰减损耗。2.第三章在制备氮掺杂石墨烯/中空铜铁氧体（NRGO/hollow CuFe2O4）复合气凝胶后进行高温煅烧处理。结果表明,煅烧温度对复合气凝胶的导电性、电磁参数和吸波性能具有显著的影响。当填充比为15 wt.%、匹配厚度为1.6 mm时复合气凝胶的SRLmin为-27.1 dB·mm-1,EABmax为 5.0 GHz（13.0-18.0 GHz）。复合气凝胶可能吸波机理为良好的阻抗匹配、传导损耗、偶极极化和界面极化和自然共振的协同作用。3.第四章采用两步水热法制备氮掺杂石墨烯/CuxCo1-xFe2O4（NRGO/CuxCo-xFe2O4）复合气凝胶,探究Cu离子掺杂对其吸波性能的影响。结果表明:改变Cu离子掺杂能够有效调控复合气凝胶的阻抗匹配和衰减损耗,且三维多孔结构复合气凝胶中存在的四边形CuxCo1-xFe2O4粒子均匀负载在褶皱状NRGO片层。当填充比为25 wt%（基质为石蜡）、厚度为1.8 mm时NRGO/Cu0.3Co0.7Fe2O4复合气凝胶的SRLmin为-43.2 dB.mm-1,EABmax 为 4.7 GHz。此外,NRGO/CuxCo1-xFe2O4复合气凝胶的微波吸收机理为界面极化、偶极极化和传导损耗的协同作用。图[45]表[9]参考文献[135]
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