碳纳米管/金属氧化物复合材料的制备及吸波性能研究

来源 :安徽理工大学 | 被引量 : 7次 | 上传用户:hrf00123456
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金属氧化物和多壁碳纳米管(MWCNTs)作为重要材料在电磁波吸收领域有着广泛的应用。碳纳米管与介电型金属氧化物(MnO2/ZrO2/TiO2)复合后,能够增强材料的电磁波吸收性能。材料的形貌、组分和结构等对材料的吸波性能也有着重要的影响。本工作制备了MWCNTs@δ–MnO2,MWCNTs/ZrO2和MWCNTs/TiO2三种复合材料。并且用XRD、XPS、TEM、SEM等表征手段对复合物的组成、结构和形貌进行了分析表证,用矢量网络分析仪测试了材料在频率218 GHz范围内的电磁参数。根据传输线理论公式模拟计算材料的吸波损耗值,具体分析表征结果如下:(1)以酸化后的MWCNTs和KMnO4为原料,乙酸乙酯为还原剂,水为溶剂,采用一步水浴加热的方法制备了多孔花状MWCNTs@δ–MnO2二元复合物。研究了MWCNTs@δ–MnO2复合材料的生长机制和电磁波损耗的机理。结果表明:溶液中的高锰酸钾和乙酸乙酯以两相界面为软模板发生界面反应生成片状δ–MnO2;电磁参数分析得出MWCNTs@δ–MnO2阻抗匹配提高,介电损耗在电磁波衰减中占主导地位;复合材料在匹配厚度为1.4 mm时最佳反射损耗值(RL)为-50.6 dB,低于-10 dB的最大有效吸收带宽为4.2 GHz。(2)以酸化MWCNTs和Zr(NO34?5H2O为原料,NH3?H2O为还原剂,水热法制备MWCNTs/ZrO2复合物。研究了复合物的物质结构、形貌和电磁波吸收性能。研究结果表明:附着在碳纳米管表面的ZrO2纳米颗粒粒径为510 nm;MWCNTs/ZrO2复合材料主要通过介电损耗引起电磁波衰减;MWCNTs/ZrO2复合材料在涂层厚度仅为1.5 mm时,其反射损耗值小于-10 dB的频带宽度最大为3.4 GHz(11.314.7 GHz),在涂层厚度仅为2 mm时,材料的最大反射损耗值达到了-39.73 dB。(3)以酸化后的MWCNTs和钛酸正丁酯为原料,经过简单的一步水热法合成的MWCNTs/TiO2复合材料。研究分析了复合物的晶体结构,形貌特征以及电磁波吸收性能和机理。研究结果表明:碳管相互缠绕在一起,表面附着有粒径约710 nm的TiO2纳米颗粒;电磁波衰减主要是介电损耗以及各种极化引起的;复合材料在涂层厚度为2 mm处最优反射损耗RL值为-35.2 dB,在4 mm处达到最优反射损耗-40 dB;最大的有效带宽在厚度1.5 mm处达到3.6 GHz。图[27]表[6]参[107]
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