细菌纤维素基CNFs/FeNi/ZnO吸波材料的制备及性能

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进入信息时代后,越来越多的电磁吸波材料被合成出来,以解决电磁波污染问题及提升国家的军事国防能力,满足军民应用的要求,因此高效吸波材料的研究意义重大。碳纳米纤维(CNFs)作为生物多孔材料细菌纤维素碳化后的产物,保持了其三维网络多孔结构,制备简单,资源丰富,孔隙率高。但纯CNFs具有较高的介电常数,阻抗匹配差导致吸波性能不佳。本文为了改善其阻抗匹配,采用不同方式将细菌纤维素基CNFs分别复合了低介电材料的ZnO、纳米FeNi磁性材料,最后将三者复合并通过磁电协同作用改善阻抗匹配,进而加强细菌纤维素基CNFs复合材料的吸波性能,制备了细菌纤维素基CNFs/FeNi/ZnO复合材料。采用TG、FTIR、XRD、SEM、Raman和矢量网络分析仪对复合材料进行相关表征及吸波性能的测试,主要结果如下:以生物多孔材料细菌纤维素作为碳源,采用碳化改性和水热两步法制备了细菌纤维素基的CNFs/ZnO复合材料,研究了二水合醋酸锌的浓度和碳化温度对复合材料吸波性能的影响。实验结果表明:改性提高了CNFs的活性并且碳化改性后其结构和形貌都未发生明显变化,CNFs仍保持三维网络多孔结构;当二水合醋酸锌浓度为0.25 mol/L,碳化温度为800℃时CNFs/ZnO复合材料的吸波性能达到最佳,匹配厚度为2.8 mm时在15.1 GHz处有最小的反射损耗为-57.5 d B,有效吸收带宽几乎覆盖了Ku波段。采用一步热解法制备了细菌纤维素基的CNFs/FeNi复合材料,研究了铁(镍)离子浓度和热解温度对复合材料吸波性能的影响。实验结果表明:铁(镍)离子浓度的浓度和热解温度对FeNi纳米颗粒的大小及均匀分散有影响,当铁(镍)离子浓度为0.02 mol/L,热解温度为800℃时CNFs/FeNi复合材料的吸波性能达到最佳,匹配厚度为4.0 mm时在12.2 GHz处有最小的反射损耗为-32.3 d B。在制备的细菌纤维素基CNFs/FeNi复合材料基础上,通过水热法引入ZnO制备了三元CNFs/FeNi/ZnO复合材料,通过调节二水合醋酸锌的浓度和铁(镍)离子浓度使复合材料达到合适的电磁参数获得较佳的吸波性能,实验结果表明:当二水合醋酸锌浓度为0.03 mol/L、热解温度为750℃、铁(镍)离子浓度为0.02 mol/L时吸波性能具有较大提升,匹配厚度为2.8 mm时在12.2 GHz出现最小的反射损耗为-72.3 d B,有效吸收带宽为6.6 GHz(9.8~16.4 GHz)。
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