分层级多孔碳轻质复合材料的制备及其微波吸收性能研究

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随着无线通信技术的发展和电子产品的普及,通信安全和电磁污染的问题受到越来越高的重视。发展高性能的吸波材料在提升通信安全、避免电磁污染方面有重要的研究意义。近年来对吸波材料的要求可以归纳为“轻、薄、宽、强”四个方面。在众多功能材料中,碳材料具有质量轻、比表面积大、化学稳定性强等一系列优点,同时具有可调节的导电性和介电性,使得它可以作为吸波材料。然而碳材料的损耗机制单一,阻抗匹配性差,吸波效果并不理想。目前常用的解决方案是进行多元复合以增强其微波吸收性能。为了设计性能优秀的吸波材料,本文使用可溶性无机盐模板制备了具有低密度、多附着位点的氮元素掺杂多孔碳。通过引入磁性成分的方式增强复合材料的损耗能力和阻抗匹配程度,设计具有良好的吸波性能的复合材料。主要研究内容和结果如下:(1)分层级多孔碳/磁性金属复合材料的制备及其吸波性能研究:通过冷冻干燥技术和高温碳化制备了具有多尺寸孔隙结构的三维碳网络。纳米尺度的金属粒子由乙酸盐高温还原得到,并且均匀地分布在碳网络之中。对结构和成分的表征证明了材料中包含微孔、介孔和大孔,并且在钴镍粒子的催化下碳网络与其接触位置的有序度得到提升。对电磁参数的测试结果表明,磁性金属与碳材料的结合带来了更多的介电损耗机制和磁损耗机制,有效地改善了多孔碳的阻抗匹配性,复合材料获得了更强的微波损耗能力。其中,HPC/Co在1.7 mm的厚度下同时具有-50.2 d B的回波损耗和4.9 GHz的有效吸收宽度。(2)多孔碳/双相钴硫化物复合材料的制备及其吸波性能研究:采用一步高温合成法同时进行高分子原料碳化与金属硫化,合成了多孔碳/双相钴硫化物复合材料,并通过对反应条件的控制研究了气氛、反应物浓度、反应温度和时间对合成产物种类的影响。通过控制碳化前原料的质量比来调整复合材料中钴硫化物与碳网络的相对含量,所制备的HPC/CS-0.2在18 wt.%的填充比例下具有较强的微波吸收性能,其最小回波损耗RL值为-62.88 d B,有效吸收宽度可达到4.61 GHz,并且在测试范围内具有双吸收区。
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