【摘 要】
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聚合物衍生碳作为碳材料的重要组成之一,其具有孔隙率高、结构可设计性强、组分可调等优点备受领域学者的关注。特别是聚合物衍生碳作为介电型吸波材料,已然成为吸波材料领域的研究热点。然而,单组分聚合物衍生碳存在损耗机制单一和阻抗失配等问题,难以满足吸波材料“宽频、强吸收”的要求。同时,粉体吸波材料难以满足复杂电磁环境和未来多元领域应用的需求。为解决上述问题,本文以酚醛树脂微球作为前驱体,通过“静电自组装-
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聚合物衍生碳作为碳材料的重要组成之一,其具有孔隙率高、结构可设计性强、组分可调等优点备受领域学者的关注。特别是聚合物衍生碳作为介电型吸波材料,已然成为吸波材料领域的研究热点。然而,单组分聚合物衍生碳存在损耗机制单一和阻抗失配等问题,难以满足吸波材料“宽频、强吸收”的要求。同时,粉体吸波材料难以满足复杂电磁环境和未来多元领域应用的需求。为解决上述问题,本文以酚醛树脂微球作为前驱体,通过“静电自组装-碳化”工艺制备了多界面自组装碳(聚合物衍生碳微球@还原氧化石墨烯(CS@rGO))复合吸波剂,通过引入第二相碳组分和构筑多界面结构优化体系电磁吸波特性。并以此为基础,设计并探索制备了兼具防腐-吸波双功能特性的环氧树脂基复合涂料,和以聚二甲基硅氧烷为聚合物基体的多功能柔性吸波复合膜。分别对不同复合吸波体的形貌和结构进行表征分析,重点探讨了复合吸波体的吸波性能及其吸波机理,并探索复合吸波体的防腐、柔性传感等多功能应用特性。具体研究内容如下:(1)以聚乙烯亚胺改性酚醛树脂微球为载体,以氧化石墨烯为功能单元,通过“静电自组装-碳化”方法,制备多界面CS@rGO复合吸波剂。研究对CS@rGO复合吸波剂的形貌与结构进行表征,对其静电自组装形成过程进行了系统分析。通过矢量网络分析仪对复合吸波剂的电磁参数进行测试分析,并探讨其吸波特性。结果表明:聚电解质介导下的静电自组装过程是构建CS@rGO复合吸波剂多界面结构的核心。经3次循环静电自组装并结合碳化方法所制备获得的CS@rGO复合吸波剂显示了优异的吸波性能。以石蜡为基体,吸波剂含量为25 wt%,厚度为1.85 mm时,其在13.75 GHz处的最小反射损耗为-55.24 dB,有效吸波频宽可达4.30 GHz(11.55~15.85 GHz)。(2)在(1)的研究基础上,以CS@rGO复合吸波剂为功能填料,环氧树脂(EP)为基体,通过机械混合制备了 CS@rGO/环氧树脂(EP)复合吸波涂料,并对复合吸波涂料的形貌、结构进行了分析,利用矢量网络分析仪对材料的电磁参数进行测试,重点探讨了CS@rGO复合吸波剂对试样吸波性能的影响。结果表明,体系中吸波剂含量变化可实现吸波性能的有效调控。当吸波剂含量为20 wt%,涂层厚度为1.1 mm时,在18.00 GHz处最低反射损耗值为-25.03 dB,有效吸收频宽为1.82 GHz(16.18~18.00 GHz)。为进一步探索复合吸波涂料在实际中的应用潜能,将CS@rGO/EP复合吸波涂料涂覆于钢板上,并对其进行附着力、耐介质性以及防腐性能测试,结果表明CS@rGO含量为20 wt%时,该复合涂料呈现良好的综合特性,具备多功能性应用的潜能。(3)为进一步拓展吸波材料多功能应用的潜力,以满足粉体吸波材料的多元化领域应用需求。研究以CS@rGO复合吸波剂和气相生长碳纤维(VGCFs)为双组分功能填料,以良好弹性特性的聚二甲基硅氧烷(PDMS)为基体,采用流延法成功制备了兼具柔性特性的硅橡胶(CS@rGO-VGCF/PDMS)复合膜,重点探讨了不同CS@rGO微球与VGCFs质量比对复合膜电磁参数的影响,并计算分析其吸波性能。结果表明,合理的CS@rGO与VGCFs组分配比设计,有利于实现复合膜体系兼具良好的介电损耗特性和阻抗匹配特性,从而使复合膜具有良好的吸波性能。同时,还对CS@rGO-VGCF/PDMS复合膜的电阻变化进行探索分析,结果表明CS@rGO-VGCF/PDMS复合膜具有大应变传感范围(50%)和高灵敏度(111.71),同时具有优异的动态耐久性和稳定性,并能有效检测人体运动。
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