磁性金属/碳二维片状复合材料的制备及其电磁性能研究

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二维片状碳基材料与磁性金属复合制备的雷达吸波材料因具有密度小、比表面积大和耐高温性能优良等特点而引起了人们的广泛关注。本文主要通过氯化钠模板法和以金属有机骨架作为前驱体分别制备了具有不同二维片状形貌的磁性金属/碳复合吸波材料,并通过调控模板剂(氯化钠)的添加以及金属的相对含量来控制复合材料的形貌、物相以及吸波性能,研究内容主要包括:1.以氯化钠为模板剂,乙酸钴、氯化亚铁为金属源,聚乙烯吡咯烷酮(PVP-K30)为碳源,通过液相合成以及后续高温热还原过程分别制备了具有二维片状形貌的单金属Co/C和Fe/C复合材料。通过改变Co/C、Fe/C复合材料中金属的含量来调控材料的形貌和结构,进一步优化材料的电损耗和磁损耗能力,使材料获得良好的吸波性能。研究发现,对于单金属Co/C复合材料,在吸波涂层厚度为2.0 mm时其反射率最低可达-47.9 dB,有效吸波频带宽度为4.6 GHz(12.1-16.7 GHz)。对于单金属Fe/C复合材料,在相同的吸波涂层厚度下(2.0 mm),其反射率最低可达-37.2 dB,而有效吸波频带宽度可增至5.4 GHz(11.5-16.9 GHz),展现出了更好的吸波性能。2.以乙酸钴、氯化亚铁为金属源,聚乙烯吡咯烷酮(PVP-K30)为碳源,采用氯化钠模板法制备了具有二维片状形貌的双金属铁钴合金/碳复合吸波材料。通过改变磁性金属铁和钴的相对含量来控制复合材料的片状形貌、物相、石墨化度以及吸波性能。研究发现,实验制备的二维片状铁钴合金/碳复合材料展现出了良好的吸波性能。当金属钴和铁的相对含量比为0.1:0.9时,制备的Co0.1Fe0.9/C复合材料在较薄涂层厚度(1.6 mm)时可以实现对电磁波的较强吸收(约-43.7dB);当涂层厚度为1.7 mm时其有效吸波频带宽度可达5.2 GHz(12.8-18 GHz)。当金属钴和铁的相对含量比为0.9:0.1时,制备的Co0.9Fe0.1/C复合材料在更薄的涂层厚度下(1.5 mm)具有最低的反射率约-54.7 dB;当厚度为1.65 mm时其有效吸波频带宽度可以增至5.4 GHz(12.6-18GHz)。3.采用金属有机骨架为前驱体和高温热还原法成功制备了具有二维片状类树叶形貌的双金属(Co,Zn)合金/多孔碳复合材料(BPCNs)。研究发现,通过液相自组装法合成的一系列ZIFs前驱产物皆具有规则的二维片状类树叶形貌,并且金属钴和锌纳米微粒均匀地分布在碳材料骨架中,没有发生金属的团聚现象。高温热还原ZIFs材料制备的最终产物(BPCNs)完整保留了原有的二维片状多孔结构,没有发生结构坍塌现象,并且展现出了优异的吸波性能。当金属钴的相对含量为40%时,制备的二维片状BPCN-0.4复合材料具有最优的吸波性能。在涂层厚度为2.5mm时,其有效吸波频带宽度可达5.7 GHz;并且材料的最强反射率可达-45.2 dB。
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