二硫化钨基复合吸波材料的制备及性能研究

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WS2作为典型的类石墨烯结构的层状材料,用于电磁波吸收领域时,因具有大的比表面积、高的介电损耗和纳米材料的小尺寸效应、表面效应、和边界效应等特性,有利于电磁波进入吸收体进一步衰减电磁波,是一种具有探究价值的吸波材料。然而,单一种类的WS2损耗机制单一,对电磁波的吸收能力有限,很难同时满足吸波材料“吸波层厚度薄、质量轻、有效吸收频带宽、吸收能力强”的要求,复合化处理是改善其吸波性能的有效手段。因此,本文首先研究了水热法制备的WS2吸波剂的电磁波吸收性能,为进一步改善WS2纳米材料的的吸波性能,将WS2分别与低密度的单壁碳纳米管(SWCNTs)和磁性材料(Co纳米片)复合制备出WS2@SWCNTs和WS2@Co复合材料,并研究了各组分含量和吸波剂添加量对复合材料吸波性能的影响,确定最佳成分和吸波剂添加量,制备具有“薄、轻、宽、强”性能的吸波材料。主要研究结果如下:(1)WS2吸波剂添加量对WS2/石蜡复合材料的吸波性能有显著影响。随WS2吸波剂添加量的增加材料的介电常数逐渐增大,对电磁波的衰减特性也逐渐增强,电磁参数过大,阻抗匹配性能反而降低,故多种因素共同作用下,添加量为50wt%时吸波性能也最好;WS2吸波剂添加量为50wt%时,WS2/石蜡的最小反射损耗值在7.8 GHz处匹配厚度为2.7 mm时达到-45.8 dB,小于-10 dB的最大吸波带宽在匹配厚度为4 mm时达到4 GHz(13.917.9 GHz);(2)对于WS2@SWCNTs复合材料,研究结果表明,SWCNTs的添加量和WS2@SWCNTs吸波剂的添加量对WS2/SWCNTs石蜡复合材料的吸波性能有显著影响。WS2与SWCNTs的最佳摩尔比例为1:1,WS2@SWCNTs吸波剂最佳添加量为50wt%。同时满足最佳吸波剂添加量和最佳WS2与SWCNTs摩尔比例时,WS2@SWCNTs复合材料的最小反射损耗在8.4 GHz处匹配厚度为2.2 mm时达到-65.9 dB,小于-10 dB的最大吸波带宽在匹配厚度为1.3 mm时达到3.6 GHz(13.016.6 GHz)。与WS2纳米材料相比,WS2@SWCNTs复合材料作吸波剂时具有更强的电磁波吸收能力和更薄的匹配厚度;(3)对于WS2@Co复合材料,研究结果表明,Co源相对含量和WS2@Co吸波剂的添加量对WS2/Co石蜡复合材料的吸波性能有显著影响。WS2@Co复合材料的WS2和Co源的最佳摩尔比为1:10,WS2@Co最佳吸波剂添加量为60wt%。同时满足最佳Co源相对含量和最佳吸波剂添加量时,WS2@Co复合材料的吸波性能最好,最小反射损耗在10.2 GHz处匹配厚度为1.7 mm时达到-46.5 dB,小于-10dB的最大有效带宽在匹配厚度为1.4 mm时达到5.4 GHz(11.316.7 GHz),与WS2和WS2@SWCNTs复合材料相比,有效吸波带宽得到显著提高。
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