论文部分内容阅读
铜纳米线（NWs）具有低的渗透阈值和成本,高的电导率、热导率和丰度,是一种优秀的电磁屏蔽材料。根据阻抗匹配原理,高的电导率有利于电磁波的反射,但不利于电磁波的吸收,反射回去的电磁波形成二次污染,同时纯铜暴露在空气中易氧化。为此,本论文以水热法合成的聚吡咯/氧化亚铜核壳纳米线（Cu2O/PPy CSNWs）为前驱物,采用碳热还原法、气相沉积法、Ostwald熟化以及液相还原法制备了一系列铜基核壳纳米线。系统阐述了纳米纤维形成机理及其尺寸、组成、结构、表面-界面的调控方法;并探究了尺寸、组成、结构、表面-界面对其静磁性能和微波吸收性能的影响规律。具体研究内容如下:1.Cu2O/PPy核壳纳米线前驱物的可控制备与表征为了大批量生产高质量的铜基核壳纳米线,利用水热法合成了高纯度的Cu2O/PPy核壳纳米线作为前驱体,并且巧妙地利用Ostwald熟化理论制备了豆荚状Cu2O/PPy核壳纳米线。通过调控乙酸铜与吡咯物质的量之比（?）、反应温度（T）及反应时间（t）,实现了对Cu2O/PPy核壳纳米线的相结构、C壳层厚度和直径（d）的可控制备。随?增大（?=2～12）,其直径从240±20nm减小至70±20nm,壳层厚度范围为5～40 nm,长度高达100 nm。进一步调整熟化时间（ta）可以获得形貌可控的豆荚状Cu2O/PPy CSNWs。该研究结果提供了一种制备1D异质核壳纳米材料的简洁、低成本、可控、高产的方法。2.Cu/C核壳纳米线的可控制备与微波吸收性能以Cu2O/PPy核壳纳米线为前驱物,采用碳热还原法制备了超长单晶Cu/C核壳纳米线,其直径范围为70～190 nm,壳层范围为5～40 nm。通过改变烧结温度（Ts）、丙酮体积（Va）、乙酸铜与吡咯的物质的量之比（?）、熟化温度（Ta）及时间（ta）,可以方便地调整Cu/C核壳纳米线的相结构、C壳厚度和Cu核直径。研究发现,直径为110±20nm,碳壳厚度为5～8 nm的Cu/C核壳纳米线（Ts=600°C,Va=2 mL,?=6）微波吸收性能最佳,含有20 wt%Cu/C核壳纳米线的石蜡基复合材料表现出显著增强的吸收能力,RL≤–10 dB的有效带宽的最大值为6.28 GHz,对应的样品厚度为2.4 mm。在17.3 GHz达到-46.6 dB的最大RL值,样品厚度为2.0 mm。优异的微波吸收性能归因于等离子体共振作用引起的介电常数增大、双介电弛豫、高衰减和阻抗匹配。因此,等离子体共振增强介电常数和微波吸收性能的新策略为解决电磁污染问题开辟了新的途径。3.Cu/Fe/C和Cu/Fe3O4/C核壳纳米线的可控制备与微波吸收性能根据阻抗匹配原理,提高磁导率是改善吸波性能的有效途径。为此,我们以Cu2O/PPy核壳纳米线为前驱物,采用原位碳热还原-气相沉积工艺合成Cu/Fe/C和中空Cu/Fe3O4/C核壳纳米线。煅烧温度（Tc）、Fe（CO）5体积（Vb）和N2的纯度是调节产物表面-界面、组成、尺寸和物相的关键因素。改变Tc和Vb能方便地调节产品的表面形态和组成;由于表面扩散机理,控制N2的纯度可以选择性地合成中空Cu/Fe3O4/CCSNWs和草莓状表面的Cu/Fe/C CSNWs。Cu/Fe/C CSNWs和中空Cu/Fe3O4/C CSNWs具有较高的性能和微波吸收性能。在Tc=600℃和Vb=4 mL时形成的Cu/Fe/C CSNWs具有强吸收、宽频带、轻质的微波吸收特性。其在13.07 GHz处最大RL高达-43.09 dB,对应的匹配厚度为1.8 mm,在3.3～4.5 GHz和5.11～15.9 GHz频率范围内RL值小于-20dB。本工作为铜基磁性复合材料的表面和界面的调制提供了一种通用的方法。4.Cu2O/PPy/Ag核壳纳米线的可控制备与表征为了提高Cu2O/PPy核壳纳米线的微波吸收性能,我们采用低温液相还原法在Cu2O/PPy核壳纳米线表面修饰高电导率的Ag纳米球和纳米片。在反应温度60～80°C和弱碱性（pH=9.2～9.7）条件下,不同浓度n（72.5 Mm和145 Mm）的Ag+被PVP表面改性的Cu2O/PPy核壳纳米线还原为Ag纳米球,其直径范围为270～980 nm。在反应温度80～95°C时,PVP和葡萄糖共同作用,将Ag+在Cu2O/PPy核壳纳米线表面被还原成纳米片。不同形貌的纳米Ag颗粒促进交织在一起的Cu2O/PPy核壳纳米线形成导电网络通路,提高Cu2O/PPy核壳纳米线的导电性。这项研究为核壳纳米线表面和界面的调控提供了新的思路。