【摘 要】
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近年来,手机、电脑以及家用电器等设备的高频使用,使得电磁波辐射和干扰问题日益凸显。因此,制备吸收强、厚度薄、重量轻、频带宽的吸波材料成为人们的研究热点。金属有机框架材料(MOFs)是由有机配体通过配位键将金属节点连接起来的多孔材料。MOFs在惰性气氛下热解,可直接获得磁性金属粒子掺杂的衍生碳基复合材料,其衍生物材料因独特的结构和特性,在微波吸收领域受到广泛关注。本文选用Co-MOF(ZIF-67)
【基金项目】
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河北省自然科学基金(No. E2019202143);
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近年来,手机、电脑以及家用电器等设备的高频使用,使得电磁波辐射和干扰问题日益凸显。因此,制备吸收强、厚度薄、重量轻、频带宽的吸波材料成为人们的研究热点。金属有机框架材料(MOFs)是由有机配体通过配位键将金属节点连接起来的多孔材料。MOFs在惰性气氛下热解,可直接获得磁性金属粒子掺杂的衍生碳基复合材料,其衍生物材料因独特的结构和特性,在微波吸收领域受到广泛关注。本文选用Co-MOF(ZIF-67)和Ni-MOF为前驱体,合成了多孔碳/磁性金属粒子复合材料。探究了不同热解温度、结构、成分组成等条件下,复合材料的电磁波吸收性能以及存在的衰减机制。本论文的主要研究内容如下:(1)选用Co2+为金属离子,C4H6N2为有机配体,通过简单的溶液法合成ZIF-67前驱体材料,并利用离子交换和表面刻蚀进行镍粒子掺杂,最后采用原位热解法制备了立方空心结构的CoNi/C复合材料。探究热解温度和镍粒子掺杂量对CoNi/C复合材料形貌、结构及吸波性能的影响。测试结果表明,CoNi/C复合材料具有独特的中空结构、高孔隙率以及丰富的官能团。此外,由于镍粒子的引入,优化了材料的阻抗匹配,增大了磁损耗能力。当热解温度为700℃,ZIF-67与Ni(NO3)2质量比为1:1.5时,多面体状CoNi/C复合材料表现出十分优异的电磁波吸收性能。匹配厚度为3.9 mm,9.4 GHz频率下,最佳RL值可低至-61.8 d B。同时,最佳的有效吸收频宽为10.2 GHz(7.8至18 GHz),覆盖了整个X波段和Ku波段。(2)以Ni2+为金属离子,H3BTC为有机配体,采用水热法合成Ni-MOF前驱体材料,并在Ni-MOF表面和内部进行钴粒子掺杂,最后在惰性气氛下进行退火处理得到球状CoNi/C复合材料。研究了磁性粒子含量对CoNi/C复合材料电磁参数与吸波性能的影响。结果显示,磁性组分引入调控的阻抗匹配和材料中存在的极化损耗,共同提高了CoNi/C材料的微波衰减能力。当热解温度为600℃,Ni-MOF和Co(NO3)2的掺杂质量比为1:1时,球状CoNi/C材料在不同厚度下均显现出最优的微波吸收性能。当厚度为2.98 mm,最佳RL值可达到-67.81 d B,吸收带宽为9.7 GHz(8.3 GHz至18GHz)。此外,当改变CoNi/C材料的厚度为3.9 mm,RL值可低至-69.23 d B。
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