松花碳/聚吡咯/镍系纳米颗粒的制备及其吸波性能的研究

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多孔生物质碳因其密度低、成本便宜、来源广、热稳定性好等优点而被广泛用于吸波材料中。生物质碳材料在一定频率下具有较高的吸收性能,然而它们的高导电性对其表面的阻抗匹配有不利影响。将生物质碳材料与导电聚合物结合来制备碳/聚合物复合材料是一种具有发展前景的策略,并可借此设计出具有宽频带的复合材料。为发展具有介电损耗和磁损耗的新型吸波材料,本文采用简单的水浴和水热的方法制备松花碳/聚吡咯/镍系纳米颗粒复合材料,研究获得了具有高吸收效率、宽吸收频段的微波吸收材料。本文主要研究内容如下:(1)使用化学活化法制备了以松花粉为生物质源的多孔活性碳,在生物质碳基础上,采用原位法制备了松花碳/聚吡咯(C/PPy)复合吸波材料。分析了吡咯含量对C/PPy材料形貌与结构的影响。结果表明,多孔生物质碳复合聚吡咯后的高导电性得到有效降低,优化了复合材料的阻抗匹配,从而提高了单一材料的吸波性能。(2)为进一步提高二元复合材料的吸波能力,制备了具有多级结构的三元复合材料。通过增加材料的多重损耗机制和多次反射路径来提高电磁波的能量损耗。在碳基体上先利用还原法引入镍单质再用氧化还原法引入聚吡咯,制备了松花碳/镍/聚吡咯(C/Ni/PPy)复合材料。构建出的介电-磁分层复合材料具备良好的协同效应,并提高了材料的电磁波吸收能力。C/Ni/PPy复合材料的最大吸收峰值为-47.74d B,反射损耗(RL)值小于-10 d B的吸收频宽达到为4.49 GHz。(3)利用水热合成法和原位聚合法相结合,成功制备了生物质碳/硫化钴镍/聚吡咯(C/NiCo2S4/PPy)复合吸波材料。负载低含量比例的硫化钴镍纳米颗粒,赋予二元复合材料优良的磁损耗能力;粒径在10-20 nm之间的硫化钴镍纳米颗粒均匀分布在碳的表面和孔洞中,增加了复合材料的比表面积和极化损耗能力。最终,C/NiCo2S4/PPy复合材料具备显著微波吸收能力,在厚度为2.5 mm处,其吸收峰值可以达到-44.21 d B,有效吸收频宽为5.02 GHz。
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