沸石基纳米复合吸波材料的设计及性能研究

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微波和电子技术的飞速发展给人类生活带来便利的同时给社会带来了新的电磁污染和干扰问题。因此,吸波材料已经成为了当前电磁材料领域研制和开发的热点之一。现有吸波材料存在的弊端极大地限制了其在实际生产中的大规模应用,因而研究具有“厚度薄、频段宽、质量轻、吸收强”的新型吸波材料成为这一领域技术的发展方向。本文利用石墨烯独特的电磁性能,二氧化锰和氧化锌的半导体介电损耗特性以及沸石特殊的多孔框架结构,设计并分别制备了以沸石和石墨烯,二氧化锰及氧化锌为主体的复合吸波材料,并验证了其在2-18 GHz频率范围均具有优异的电磁波吸收能力。在此基础上,系统研究了该类复合材料吸波性能与其组分配比、形貌之间的关系,主要研究内容及结果如下:(1)考察不同状态及不同处理方式的石墨烯分别与沸石冷冻干燥复合所得材料的吸波性能,发现其中热膨胀处理的氧化石墨烯(RGO)与沸石(NaA)复合所得材料具有良好的吸波性能,且该材料为电损耗型吸波材料。(2)设计并制备了NaA/MnO2及Fe掺杂的复合吸波材料,吸波性能测试表明两种复合材料均为电损耗型吸波材料,其中Fe/NaA/MnO2吸波性能较佳,不仅在低频具有较强的吸波能力,并且在高频仍具有4.0 GHz的有效吸收带宽。(3)考察Fe/NaA的含量对复合材料吸波性能的影响,制备不同摩尔比的复合材料,进行对比实验。结果表明,当摩尔比Fe/NaA:KMnO4=1:8.3时复合材料微观形貌是由海胆状微球与花状纳米球共同组成的微纳结构,其吸波性能最佳。该复合材料的反射损耗达到-59.9 dB,并且厚度从2.0-5.5 mm变化时有效吸收频率覆盖范围为3.21-18 GHz,各厚度的吸收峰值都小于-39 dB。(4)采用水热合成法,利用沸石和铁蓝(PB)的多孔结构设计制备了超薄花片状ZnO/NaA/PB复合材料,通过研究纳米片的形成过程揭示了ZnO/NaA的生长机理,阐明了溶剂浓度变化对三元复合材料微观结构生长的重要影响。研究其吸波性发现,ZnO/NaA/PB复合材料的最大反射损耗为-27 dB,匹配厚度为2.5 mm。上述研究表明,这种新型的全无机吸波材料具有轻质、宽频带、强吸收的特性,在未来的军事及民用领域具有广泛的应用前景。
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