【摘 要】
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近年来,电子信息技术的发展越来越快,这在军工和民用领域给我们带来了很多便利。但同时电磁干扰和电磁辐射等电磁污染也相应地增多了,电磁污染问题不仅对电子设备的正常运行
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近年来,电子信息技术的发展越来越快,这在军工和民用领域给我们带来了很多便利。但同时电磁干扰和电磁辐射等电磁污染也相应地增多了,电磁污染问题不仅对电子设备的正常运行有负面影响,而且对人体健康有许多潜在的损害。为此,研究出高效的吸波材料是解决电磁污染问题的有效途径。石墨烯因为具有质量轻、比表面积大和介电常数可调控等特点,在吸波材料领域具有广泛应用。碳纳米管独特的一维线状结构具有很好的桥接作用,在吸波材料等领域也有着广泛应用。Fe3O4纳米材料作为传统铁氧体吸波材料之一,制备工艺简单、成本较低、利于大规模生产。但是单一组分的材料难以达到目前吸波材料综合性能的要求。本文将石墨烯、碳纳米管和Fe3O4纳米颗粒进行复合,制备碳基磁性纳米复合吸波材料。通过有效地调控纳米复合材料的电磁参数,能够获得高效的吸波性能。主要研究内容为:(1)采用原位一锅溶剂热法,制备了Fe3O4纳米颗粒、MWCNT/Fe3O4(MFs)纳米复合材料。研究Fe3O4填充量对Fe3O4电磁参数和吸波性能的影响。当Fe3O4含量为60 wt.%时,样品在厚度为5.5 mm时,反射损耗出现双峰,峰的位置分别在频率为5.8 GHz和17.3 GHz处;最小反射损耗为-16.3 dB,另一个反射损耗峰值为-13.4 dB;有效吸收带宽(RL<-10 dB)为4.1-7.0 GHz和17.0-18.0 GHz。研究MWCNT含量对MWCNT/Fe3O4纳米复合材料的电磁参数和吸波性能的影响。当MWCNT质量分数为6.4 wt.%时,MFs样品厚度为2.5 mm时,在频率为9.8 GHz处,最小反射损耗为-38.1 dB,有效吸收带宽为8.2-11.1 GHz。通过调节MFs样品的厚度,可以调节有效吸收带宽为2.7-18 GHz。(2)利用简单的溶剂热反应,制备了RGO/MWCNT/Fe3O4(GMFs)纳米复合材料。研究RGO含量和反应时间对GMFs的电磁参数和吸波性能的影响。当GMFs中的RGO和MWCNT的质量分数分别为6.3 wt.%和1.3 wt.%时,厚度为2.6 mm时,在频率为10.5 GHz处,最小的反射损耗为-61.3 dB,有效吸收带宽为8.9-12.3 GHz。通过调节样品的厚度,可以调节有效吸收带宽为3.5-18 GHz。结果表明,纳米复合材料的多界面、多桥接和多孔状的结构有利于其对电磁波的吸收,石墨烯、MWCNT和Fe3O4三者具有协同作用,多重损耗机制的共同作用能够更好地提升纳米复合材料吸收电磁波的效率。同时,纳米复合材料的吸波性能可通过MWCNT含量和RGO含量有效调控;反应时间对纳米复合材料的吸波性能有一定影响。所制得的纳米复合材料在制备过程中未使用有毒溶剂,方法绿色环保,可大量化制备,具有大规模生产的潜力,在解决电磁污染问题方面具有广泛的应用前景。
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