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本论文主要研究了几种聚(3,4-二氧乙基噻吩)(PEDOT)基电磁复合材料的制备,考察了控制材料形貌和结构的因素,并利用TEM、FTIR和XRD等手段对材料进行了表征,同时研究了材料的电、磁特性及吸波性能。以下是本论文的主要研究内容:
1.利用两步法成功制备了核壳结构的Fe3O4-PEDOT复合微球,形成过程中,稳定剂和掺杂酸对该结构的形成起至关重要的作用。通过调节EDOT和Fe3O4的摩尔比((EDOT)/(Fe3O4)),可以得到不同壳厚和电磁性能的Fe3O4-PEDOT复合微球。随着(EDOT)/(Fe3O4)的增加,复合物的壳层厚度增加,电导率增加,磁性减弱,这是由于复合物的电性主要源于PEDOT,而磁性源于Fe3O4。当(EDOT)/(Fe3O4)=20时,Fe3O4-PEDOT核壳复合物在质量分数为20%时具有优异的吸波性能:反射损耗在涂层厚度4mm达到最大值,在9.5GHz处达到-30dB,小于-10dB的带宽为5.1GHz,涂层厚度3mm时小于-10dB的带宽为7.2GHz,具有宽频带强吸收的吸波性能。
2.采用一步法成功制备了电磁功能的铁氧化物/PEDOT复合物,采用过硫酸铵和氯化铁作为双氧化剂,氯化铁和硫酸亚铁作为制备铁氧化物的原料,通过调节反应物中[Fe3+]和[Fe2+]的摩尔比([Fe3+]/[Fe2+]),我们可以制备不同形貌、性质的α-FeOOH/PEDOT或γ-Fe2O3/PEDOT纳米复合物;当[Fe3+]/[Fe2+]较低时,倾向于生成γ-Fe2O3/PEDOT纳米颗粒,具有较高的饱和磁化强度;而当[Fe3+]/[Fe2+]较高时,倾向于生成α-FeOOH/PEDOT纳米棒,饱和磁化强度较低;当[Fe3+]/[Fe2+]=3时,该铁氧化物/PEDOT电磁复合物吸波性能最好,最大反射损耗达到-44dB,说明该复合物在吸波材料等领域具有广泛的应用前景。
3.提出了一种获得低频吸波材料的简单方法,即将Fe3O4和PEDOT进行机械混合。当Fe3O4和PEDOT以1∶3的质量比混合得到的混合物的反射损耗在3.2GHz达到-15.8dB,Fe3O4和PEDOT以1∶2的质量比混合得到的混合物的反射损耗在4.5GHz达到-31.4dB,远远高于混合之前纯的Fe3O4和PEDOT各自的反射损耗。Fe3O4-PEDOT混合物之所以在低频具有优异的吸波性能是由很多因素共同决定的,例如介电损耗和磁损耗、界面极化、阻抗匹配以及涂层厚度等。