含铁氧化物及钴盐的聚苯胺微/纳米复合物的形貌调控及其电磁性能研究

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导电聚合物/无机磁性复合物是由导电聚合物(如聚毗咯、聚苯胺、聚噻吩等及其衍生物)与无机磁性化合物如r-Fe2O3、Fe3O4、各种铁氧体、盐类及其他过渡金属氧化物等通过一定途径复合而成的一类有机/无机杂化功能材料。正是这种有机/无机材料的有效结合,赋予了该类复合物既不同于单一导电聚合物也不同于单一无机磁性材料的独特功能性质,两者的有效结合并加以调控才有可能克服各自固有的缺陷从而满足作为现代军事隐身及民用防护领域所提出的“厚度薄、质量轻、频带宽、吸收强”的综合性能要求,这也是目前该领域内亟待解决的重要科学技术问题之一。本文选择苯胺及其衍生物邻甲基苯胺为聚合单体、以Fe3O4磁流体和钴盐为无机组分通过无模板或软、硬模板法成功制备了具有多种形貌结构的复合功能材料,其中包括微纳米空心球、纳米粒子、纳米纤维、纳米树枝、纳米串珠等,系统的研究了复合材料的组成、结构、功能,并探讨了一些形貌结构的形成机理。取得的主要研究成果如下:1)采用无模板法合成聚邻甲基苯胺/Fe3O4微/纳米空心球。借助FT-IR、XRD、TEM和TGA等手段对复合材料的组成、结构、形貌和热稳定性能进行了表征,测量了材料的电导率、电磁参数,并考察了其吸波性能,所得材料在11.7 GHz处具有的最大反射损耗为-2.25dB,大于-10 dB的频宽为0 GHz,吸波性能较差,但是与磁流体复合后聚邻甲基苯胺的吸波性能增强。2)选用刚果红、铬黑T和镁试剂等染料分子对聚苯胺/Fe3O4复合物形貌进行调控,采用FT-IR、XRD、TEM、和TGA等手段表征了复合材料的组成、结构、形貌和热稳定性能,并研究了材料的电磁性质和吸波性能,发现产物在12.4 GHz处具有最大的反射损耗-4.5dB,损耗超过-10 dB的频宽为0 GHz。3)采用低热固相合成法制备了纳米草酸钻,再在不同条件下将聚苯胺原位生长在草酸钴表面从而获得兼具导电性和导磁性的聚苯胺/COC204纳米复合物。通过FT-IR、TEM、XRD、TGA等手段对合成材料进行了表征。通过改变纳米COC204与聚苯胺原位生长的复合条件可以有效调控材料的形貌结构及其电磁吸波性能,复合材料在8.6 GHz处具有最大的反射损耗-28.8 dB,大于-10 dB的带宽达3.2GHz。综上所述,基于聚苯胺及其衍生物与无机铁氧化物和钻盐形成的微纳米复合材料具有结构形貌可调的特点,尤其是聚苯胺与弱磁性的钴盐形成的聚苯胺/COC204纳米复合材料具有结构形貌和电磁吸波性能同时可调控的优势,作为新型吸波材料能广阔得应用于军用隐身和民用电磁防护等领域。
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