【摘 要】
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碳纳米管、石墨因具有高导电、高强度、高弹性、高长径比、大比表面积和高吸收等等特性而被人广泛熟知。含有碳纳米管或石墨的碳基纳米复合材料若引入铁化物(Fe_3O_4/Fe_3C),可使其同时兼有碳纳米材料和金属化物的优点。本文以本实验室之前已合成的二茂铁基聚合物(PDPFDE)为原料,通过一步热裂解PDPFDE制备得到一种新型碳基纳米复合材料。探究裂解温度和裂解时间对其结构的影响,同时探究碳基纳米复合
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碳纳米管、石墨因具有高导电、高强度、高弹性、高长径比、大比表面积和高吸收等等特性而被人广泛熟知。含有碳纳米管或石墨的碳基纳米复合材料若引入铁化物(Fe3O4/Fe3C),可使其同时兼有碳纳米材料和金属化物的优点。本文以本实验室之前已合成的二茂铁基聚合物(PDPFDE)为原料,通过一步热裂解PDPFDE制备得到一种新型碳基纳米复合材料。探究裂解温度和裂解时间对其结构的影响,同时探究碳基纳米复合材料在吸波、超级电容器的应用,其详细的研究如下:1)本文采用一步裂解PDPFDE制备了碳基纳米复合材料,探讨了不同裂解温度(550°C-2h,650°C-2h和750°C-2h)、不同裂解时间(650oC-1h、650°C-2h和650oC-3h)下其碳基纳米复合材料的结构。在所有碳基纳米复合材料中,通过SEM、TEM、XRD分析可初步判断具有最佳形貌的是650°C-2h碳基纳米复合材料。650°C-2h碳基纳米复合材料含有多壁碳纳米管和石墨这两个特殊的碳材料,又因碳化含有二茂铁的聚合物引入Fe3O4、Fe3C物相,其组成为C@Fe3O4/Fe3C/MWCNTs。此外,Raman表明550°C-2h、650°C-2h和750°C-2h的ID/IG值随温度升高而降低,石墨化程度提高。2)X wt%碳基纳米复合材料与(1-X)wt%石蜡基质混合搅拌、制模后测试其吸波性能。计算得到550°C-2h,650°C-2h、750°C-2h、650oC-1h和650oC-3h碳基纳米复合材料的RL性能、电磁性能、ε"-ε’曲线、衰减常数α、μ’’(μ’)-2f-1曲线和Z值,研究裂解温度和裂解时间两大关键因素通过影响结构对吸波性能的影响。探讨不同温度对吸波性能的影响时(X=40 wt%,550°C-2h、650°C-2h、750°C-2h),涂覆厚度为2mm,650℃-2h碳基纳米复合材料在12.14GHz有最低反射损耗值(=最大吸收)为-40.32 dB,有效吸收带宽(EAB)为3.5GHz。650℃-2h碳基纳米复合材料是以介电损耗为主要的损耗机制,微波吸收性能好是源于好的阻抗匹配和磁损耗、介电驰豫损耗、电导损耗以及多重散射的协同效应。3)以650oC-2h碳基纳米复合材料:炭黑:聚偏二氟乙烯(PVDF)=8:1:1比例成功制备出碳基纳米复合材料电极,采用三电极体系进行循环伏安测试(CV)、恒电流充放电(GCD)、交流阻抗(EIS)和循环稳定性测试研究其电化学性能。GCD的数据表示,当电流密度为1 A/g、2 A/g、5A/g、10 A/g和20 A/g时,650°C-2h碳基纳米复合材料的比电容分别为443 F/g、385 F/g、208 F/g、159 F/g和123 F/g。当电流密度为5A/g时,经过1200次充放电循环后650°C-2h碳基纳米复合材料电极的比电容降至153F/g。
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