【摘 要】
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吸波材料通过介电损耗和磁损耗两种吸波机制,能够很好的实现电磁波的吸收与损耗,而传统的吸波材料主要以铁氧体、钛酸钡等磁性金属氧化物为主,这些材料往往密度大,可修饰性差,化学稳定性不高,极大的限制了吸波材料的应用广度和深度。新型吸波材料的出现,例如其“薄、轻、宽、强”的功能特点为这一问题提供了转机。石墨烯气凝胶是一种新型的碳材料,3D多孔结构使得其具备了优秀的柔性力学性能、良好的化学可修饰性,这使得利
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吸波材料通过介电损耗和磁损耗两种吸波机制,能够很好的实现电磁波的吸收与损耗,而传统的吸波材料主要以铁氧体、钛酸钡等磁性金属氧化物为主,这些材料往往密度大,可修饰性差,化学稳定性不高,极大的限制了吸波材料的应用广度和深度。新型吸波材料的出现,例如其“薄、轻、宽、强”的功能特点为这一问题提供了转机。石墨烯气凝胶是一种新型的碳材料,3D多孔结构使得其具备了优秀的柔性力学性能、良好的化学可修饰性,这使得利用石墨烯气凝胶实现复合吸波材料成为可能。石墨烯气凝胶对于电磁波的损耗机理主要是介电损耗,而如四氧化三铁(Fe3O4)等金属氧化物是以磁损耗为主。因此,本研究拟利用石墨烯气凝胶的化学可修饰性,将石墨烯气凝胶与纳米Fe3O4结合,并通过调控纳米Fe3O4的掺量,实现Fe3O4/石墨烯复合气凝胶的制备,通过研究其力学、吸波性能,为轻质、高效的吸波材料研究提供一定的研究基础。主要研究内容如下:(1)在制备大片径氧化石墨烯溶液的基础上,将纳米Fe3O4颗粒放入与其混合,利用水热、冷冻干燥还原的方法制备Fe3O4/石墨烯复合气凝胶,实现了Fe3O4在石墨烯气凝胶中有效掺杂和均匀分散。通过制备调节不同比例Fe3O4含量(10 wt%、20 wt%、50 wt%),并通过吸波各个参数的测试,发现当Fe3O4含量增加时,复合气凝胶对于入射电磁波的损耗强度增加,而当Fe3O4含量为20wt%时,复合气凝胶对于入射的电磁波具有最好的吸收效果,并且在2-18 GHz的频率范围内普遍具有很好的吸收能力,其反射损耗值最小可以达到-28d B,表明复合气凝胶对于入射的电磁波具有99%以上的吸收率。(2)基于碳纳米管气凝胶具有优异的力学、电学、磁学等特性。在混合Fe3O4的氧化石墨烯(乙醇)溶液的基础上,利用压力将氧化石墨烯(乙醇)溶液浸入到碳纳米管气凝胶中,实现氧化石墨烯在碳纳米管气凝胶中的均匀扩散和分布,在水热还原后制备成碳纳米管增强Fe3O4/石墨烯气凝胶,以此来进一步增强复合气凝胶的力学及吸波性能。通过对于增强复合气凝胶的力学和吸波性能测试,研究发现在掺杂了含Fe3O4的石墨烯以后,复合气凝胶能够实现力学压缩特性的增强,并且具有对于入射电磁波更大的损耗能力,且在更宽的频率范围下,具有对于入射电磁波更强的吸收能力,其最大吸收率可以达到99%以上,体现出优异的吸波防护性能。
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