趋磁性木质基复合材料仿生构筑及性能研究

来源 :浙江农林大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:jzl_root2
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从大自然给予的启发,向自然界学习,研究和构筑高性能的仿生智能材料是人类发展进程中的一个永恒课题。木材是一种天然的有机复合材料,具有结构层次分明、构造复杂有序、分级结构鲜明、多孔结构精细等特性,同时具有各向异性、低密度、高弹性、机械性能优良和来源丰富、可再生、清洁等特点,为木材仿生奠定了广阔的空间。本论文中采用溶剂热和水热法将木材与趋磁性纳米材料(MnFe2O4)结合,构筑了具有微波吸收、超顺磁、阻燃、超疏水、耐酸、耐碱、耐磨损和高附加值的多功能MnFe2O4/木材复合材料,为木材的功能拓展和高值化开发提供新的研究思路,具体研究内容如下:(1)采用溶剂热法通过“自下而上”的策略将MnFe2O4纳米粒子构筑在木材表面,形成了MnFe2O4/木材复合材料。MnFe2O4纳米晶动态演化和生长过程的研究表明生长在木材表面上的MnFe2O4的粒径是可控的(50360 nm)。结构调控后的MnFe2O4/木材复合材料表现出良好的微波吸收性能。当木材表面MnFe2O4纳米粒子的粒径为140 nm时,反射耗损在15.52 GHz达到了最小值-12dB。(2)通过水热工艺在木材表面生长具有正八面体的MnFe2O4纳米晶体,合成了纳米正八面体MnFe2O4/木材复合材料。所制备的MnFe2O4/木材复合材料具有超顺磁性,耐火性和微波吸收的特性。在磁性方面,复合材料表现出极小的磁滞回线和低的矫顽力,饱和磁化强度为28.24 emug-1。该复合材料在明火灼烧下表现出极好的热稳定性。除此之外,还表现出较好的微波吸收性能,最低反射耗损为-9.3 dB。(3)采用一步水热法将FAS-17、MnFe2O4纳米片和木材结合,制备了具有持久耐用、超顺磁、超疏水和电磁吸收功能的MnFe2O4/木材复合材料。该复合材料具有超顺磁性,其饱和磁化强度为28.08 emu·g-1。矢量网格分析仪的结果显示,在微波频率为16.39 GHz时,复合材料具有一个最低的反射损耗值(-8.29 dB)。复合材料经过砂粒磨损和腐蚀性液体的腐蚀实验后仍然保持着超疏水性。(4)采用Flynn–Wall–Ozawa法和Friedman法分析了MnFe2O4/木材复合材料的热解动力学行为,从理论上证明了MnFe2O4/木材复合具有良好的热稳定性。随后,不同MnFe2O4含量的复合材料热解活化能被分析,结果显示随着MnFe2O4含量的增加,复合材料的热稳定性会随之提升。而复合材料在氮气中的热解行为研究为制备MnFe2O4/C复合材料的最佳条件提供了理论支持。所制备的MnFe2O4/C复合材料表现出良好的亚甲基蓝的吸收能力(84.18 mg/g)和易分离的特性。
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