【摘 要】
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随着科学技术的飞速发展,各种电子电气设备在社会生产和日常生活中发挥着巨大作用。但是,工作过程中产生的电磁干扰和污染问题越来越严重,对电子设备的性能发挥,以及生态环境和人体健康产生不利影响。优异的电磁吸波材料应满足新型吸波材料的“薄、强、轻、宽”的目标。本文针对以上目标,开展了碳基复合吸波材料的研究。在石墨纳米片（Graphene nanosheets,GNs）介电损耗的基础上,增加磁损耗机制,以获
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随着科学技术的飞速发展,各种电子电气设备在社会生产和日常生活中发挥着巨大作用。但是,工作过程中产生的电磁干扰和污染问题越来越严重,对电子设备的性能发挥,以及生态环境和人体健康产生不利影响。优异的电磁吸波材料应满足新型吸波材料的“薄、强、轻、宽”的目标。本文针对以上目标,开展了碳基复合吸波材料的研究。在石墨纳米片（Graphene nanosheets,GNs）介电损耗的基础上,增加磁损耗机制,以获得优异的吸波性能。将磁性Co-Ni合金生长在GNs表面上,获得了GNs/Co-Ni复合吸波材料。除了有效地减少了GNs的堆积外,还通过磁损耗,提高了材料的阻抗匹配能力,进一步优化电磁吸波性能。由于Ni的电极电势高于Co的电极电势,Ni较Co容易还原。在沉积Co-Ni合金制备的过程中,Ni优先形核,从而促进Co的生长,利于Co-Ni合金颗粒的生长。通过电磁吸波性能的研究发现,调节合金的组分,会影响复合材料的介电损耗、磁损耗和阻抗匹配。当Co与Ni的摩尔比为3:2时,厚度为2.6 mm时,获得了最佳的反射损耗值为-47.26 d B,且有效吸收带宽为1.7 mm时达到3.71 GHz。在GNs介电损耗的基础上,增加介电、磁损耗机制,以获得优异的吸波性能。核壳结构可增强界面极化,通过多重损耗机制,制备出在超薄厚度下具有优异电磁吸波性能的核壳GNs/Co@Co3O4复合材料,壳厚度约为25 nm,核约为100 nm。核壳结构增强了复合材料的电磁波的散射,其内部缺陷位点处的偶极子极化以及核壳界面处的界面极化,会增强复合材料的介电损耗,进一步优化了阻抗匹配。核壳结构在1.6 mm超薄厚度时,获得最佳的吸波性能为-55.16 d B,在厚度为1.2 mm时,有效吸收带宽为3.84 GHz。这种具有超薄的厚度、优异的电磁吸波性能的复合材料,可满足隐形飞机对涂覆多种隐形材料的要求。引入多孔隙、较大比表面积花瓣结构,引入介电、磁损耗机制,获得的GNs/Co3O4复合材料具体重量轻、吸收频率波段广泛的吸波材料。通过ZIF-67模板法制备获得了GNs/ZIF-67衍生物。再通过热解工艺获得六边多层花状结构的GNs/Co3O4复合材料。随着热解温度、热解时间的升高,GNs/Co3O4复合材料层间距变大,并且获得孔隙结构。这独特的微观结构有助于提高介质损耗、磁损耗,优化样品的阻抗匹配特性,增强电磁波的多次散射。当热解温度为350℃、烧结时间30 min,厚度为3.4 mm时,获得了最佳的反射损耗值,RL=-52.46 d B。引入多层、花状结构的Fe3O4-Mo S2,引入介电、磁损耗机制,提高阻抗匹配,获得具有优异电磁吸波性能的GNs/Fe3O4-Mo S2复合材料。探究了Fe3O4颗粒尺寸、MoS2花状结构对复合材料吸波性能的影响。研究表明,调控微观结构可实现对复合材料吸波性能可控目的。其一,增加了电磁波吸收强度;其二,拓宽了有效吸收带宽。GNs/Fe3O4-2-Mo S2在2.1 mm厚度,频率为10.8 GHz时,获得了最佳的吸波性能,RL=-55.96 d B;当厚度为1.5 mm时,有效吸收带宽为4.00 GHz。在8.0-12.0 GHz内,能够解决军舰短距离火控雷达隐身问题的潜力。综合上述分析可知,GNs作为介电材料,引入多重损耗机制,可有效地改善复合材料的介电损耗、磁损耗和阻抗匹配,GNs/Co-Ni复合材料以增添磁损耗为主吸收电磁波;核壳GNs/Co@Co3O4复合材料以添加介电和磁损为主吸收电磁波;多重花瓣GNs/Co3O4复合材料复以添加介电和磁损为主吸收电磁波;花状GNs/Fe3O4-Mo S2复合材料以添加介电和磁损为主吸收电磁波。
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