石墨烯三維復(fù)合材料的制備及其微波吸收性能研究.pdf

1、由于電子設(shè)備及通訊設(shè)施在工業(yè)、商業(yè)和軍事領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，電磁干擾問題日益嚴(yán)重。采用吸波材料衰減這些有害的電磁波能量是一種有效的方法，理想的吸波材料應(yīng)該具有厚度薄、吸收頻帶寬、質(zhì)量輕、吸收強(qiáng)、良好的化學(xué)穩(wěn)定性和抗氧化性能等優(yōu)點(diǎn)。石墨烯是一種由碳元素通過 sp2雜化軌道組成的平面二維結(jié)構(gòu)碳材料，具有優(yōu)異的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、機(jī)械性能及高的比表面積。石墨烯這些優(yōu)異的性能使其有望滿足理想吸波材料的上述要求，是一種潛在的理想吸波材料。但石墨烯優(yōu)異的導(dǎo)

2、電性使其阻抗匹配特性差，單獨(dú)使用時(shí)吸波性能較差，與其它類型的吸波材料復(fù)合，改善阻抗匹配特性是一種有效的提高其吸波性能的方法。目前有關(guān)石墨烯基吸波材料的研究主要集中在二維材料方面，而對(duì)于其三維材料的研究較少。本文將石墨烯與其它類型的吸波材料復(fù)合構(gòu)筑了石墨烯三維結(jié)構(gòu)，并研究了其吸波性能，主要研究內(nèi)容如下：
　　結(jié)合溶膠-凝膠和水熱法制備了一種新型的石墨烯@Fe3O4@SiO2@NiO納米片陣列三維復(fù)合材料。采用一縮二乙二醇作為還原劑和

3、溶劑，同時(shí)還原FeCl3和氧化石墨烯原位制備了石墨烯@Fe3O4；進(jìn)而通過石墨烯@Fe3O4與正硅酸四乙酯的溶膠-凝膠反應(yīng)制備石墨烯@Fe3O4@SiO2；最終通過水熱法、結(jié)合熱解過程在石墨烯@Fe3O4@SiO2表面垂直生長了NiO納米片陣列，制備了石墨烯@Fe3O4@SiO2@NiO納米片陣列三維復(fù)合材料。電磁參數(shù)研究表明，石墨烯@Fe3O4@SiO2@NiO納米片陣列三維結(jié)構(gòu)的吸波性能優(yōu)于石墨烯@Fe3O4和石墨烯@Fe3O4@S

4、iO2，這與其特殊的三維結(jié)構(gòu)、大的比表面積及多孔結(jié)構(gòu)有關(guān)。石墨烯@Fe3O4@SiO2@NiO納米片陣列三維結(jié)構(gòu)的最大吸收位于14.6 GHz，為-51.5 dB，-10 dB以下的吸收頻帶寬度為5.1 GHz(12.4~17.5 GHz)，相應(yīng)的匹配厚度僅為1.8 mm。
　　通過綠色化學(xué)方法在石墨烯@Fe3O4納米簇@C復(fù)合材料表面構(gòu)筑了MnO2納米片陣列，制備了石墨烯@Fe3O4納米簇@C@MnO2納米片陣列三維復(fù)合材料。以

5、原位溶劑熱法制備了石墨烯@Fe3O4納米簇；進(jìn)而通過水熱法結(jié)合熱解過程制備了石墨烯@Fe3O4納米簇@C；最后，通過石墨烯@Fe3O4納米簇@C復(fù)合材料表面C與高錳酸鉀的綠色還原，在其表面構(gòu)筑了MnO2納米片陣列，制備了石墨烯@Fe3O4納米簇@C@MnO2納米片陣列三維復(fù)合材料。電磁參數(shù)研究表明，石墨烯@Fe3O4納米簇@C@MnO2納米片陣列三維結(jié)構(gòu)的吸波性能優(yōu)于石墨烯@Fe3O4納米簇，這與其特殊的三維結(jié)構(gòu)和大的比表面積有關(guān)。石墨

6、烯@Fe3O4@SiO2@NiO納米片陣列三維結(jié)構(gòu)的最大吸收位于15 GHz，為-38.8 dB，-10 dB以下的吸收頻帶寬度為5.4 GHz(12.3~17.7 GHz)，相應(yīng)的匹配厚度僅為1.8 mm。
　　通過多步反應(yīng)制備了兩種石墨烯@Fe3O4@C@PANI納米棒陣列三維復(fù)合材料，分別為 PANI納米棒陣列共價(jià)鍵修飾的石墨烯@Fe3O4@C，和PANI納米棒陣列非共價(jià)鍵修飾的石墨烯@Fe3O4@C三維結(jié)構(gòu)。電磁參數(shù)研究表

7、明，PANI納米棒陣列與石墨烯@Fe3O4@C間的鍵合方式對(duì)石墨烯@Fe3O4@C@PANI納米棒陣列三維結(jié)構(gòu)的吸波性能具有顯著影響。PANI納米棒陣列共價(jià)鍵修飾的石墨烯@Fe3O4@C三維結(jié)構(gòu)的吸波性能優(yōu)于PANI納米棒陣列非共價(jià)鍵修飾的石墨烯@Fe3O4@C，最大吸收位于11.4 GHz，為-44.2 dB，-10 dB以下的吸收頻帶寬度為5.8 GHz(9.7~15.5 GHz)，相應(yīng)的匹配厚度為3 mm。因此，可通過共價(jià)鍵構(gòu)筑具

8、有“薄”、“寬”、“輕”、“強(qiáng)”的新型石墨烯基三維材料吸波材料。
　　通過N-摻雜石墨烯@PANI納米棒陣列與乙酰丙酮鐵溶劑熱反應(yīng)制備了N-摻雜石墨烯@PANI納米棒陣列@Fe3O4納米簇三維復(fù)合材料，并采用XRD、Raman、FTIR、VSM、XPS、TEM和FESEM對(duì)其進(jìn)行表征。結(jié)果表明，粒徑約40 nm的Fe3O4納米簇均勻的分布于N-摻雜石墨烯@PANI納米棒陣列表面，由于復(fù)合材料中Fe3O4納米簇的存在，室溫下其具有超

9、順磁性。電磁參數(shù)研究表明，N-摻雜石墨烯@PANI納米棒陣列@Fe3O4納米簇三維結(jié)構(gòu)的吸波性能優(yōu)于N-摻雜石墨烯@PANI納米棒陣列，增強(qiáng)的吸波性能可能與良好的阻抗匹配和多級(jí)界面極化有關(guān)。N-摻雜石墨烯@PANI納米棒陣列@Fe3O4納米簇三維結(jié)構(gòu)的最大吸收為-40.8 dB，位于14.8 GHz，-10 dB以下的吸收頻帶寬度為5.1 GHz(14.4~15.4 GHz)，相應(yīng)的匹配厚度為2.7 mm。
　　使用尿素作為碳源，

10、Co納米顆粒作為催化劑，一步熱解法制備了石墨烯@碳納米管三維復(fù)合材料，而且通過前驅(qū)體中尿素含量的控制可容易的調(diào)控石墨烯表面碳納米管的覆蓋率和長度。電磁參數(shù)研究表明，石墨烯表面碳納米管的覆蓋率和長度對(duì)石墨烯@碳納米管三維結(jié)構(gòu)的吸波性能具有顯著影響。當(dāng)前驅(qū)體中尿素含量為15.0 g時(shí)，300~600 nm長的碳納米密集分布于石墨烯表面，這時(shí)石墨烯@碳納米管三維結(jié)構(gòu)的吸波性能較好，最大吸收位于8.6 GHz，為-44.6 dB，-10 dB以

11、下的吸收頻帶寬度為3.3 GHz(7.1~10.4 GHz)，而其在石蠟中的添加量僅為5 wt％。
　　通過多步反應(yīng)制備了三種石墨烯@SiO2@NiO三維材料，分別為石墨烯@SiO2@NiO納米顆粒、石墨烯@SiO2@NiO納米片陣列和石墨烯@SiO2@NiO納米花。電磁參數(shù)研究表明，與石墨烯@SiO2@NiO納米顆粒和石墨烯@SiO2@NiO納米花相比，石墨烯@SiO2@NiO納米片陣列的吸波性能較好，其最大吸收位于11.6 G