石墨烯基复合吸波材料的制备和性能

• 作 者: 李庆
• 机 构: 中北大学
• 出 处: 中北大学
• 发表日期: 2016年期
• 关键词: 石墨烯 复合吸波材料 制备方法 铁氧体 聚吡咯

石墨烯作为一种新型的碳材料,具有优异的力学、热学和电学特性。尤为重要的是,石墨烯较高的介电常数以及外层电子易极化弛豫特性使其可作为介电损耗吸波基材。针对石墨烯制备过程中氧化还原方法选择的问题,本文通过对比选择较优的制备方法。通过研究不同复合方法对石墨烯-铁氧体吸波材料性能的影响,找出最佳的复合方法。在上述研究基础上,尝试制备一种新型的石墨烯-聚吡咯-镍锌铁氧体三元复合材料,并研究制备方法、基材组成对吸波性能的影响。相关石墨烯基复合吸波材料的合成丰富和拓展了石墨烯的研究内容和范围,三种不同吸波机制材料的复合为新型三元吸波材料的制备和开发研究奠定了基础,具有一定的科学意义。研究表明:（1）采用一步氧化法对石墨原料的氧化效果强于两步氧化法,且采用鳞片石墨氧化效果更好。水热还原温度较高时（200℃）还原效果接近水合肼,所以在反应温度较高时可以采用水热还原。（2）采用鳞片石墨、一步氧化法、水合肼还原制备的石墨烯在低频（0⁶000 MHz）范围内,吸波性能较差,厚度为4mm时,最小反射损耗仅为-2.82dB。（3）采用原位复合法和物理共混法均成功制备出RGO-Fe₃O₄复合材料。在低频段（0⁶000MHz）范围内,复合材料的吸波性能均优于单一组分。采用原位复合法制备的复合材料性能较好,最小反射损耗在4mm时达到-8.22dB,且在高频段有更好的上升趋势。（4）原位复合法制备的RGO-Fe₃O₄复合材料的吸波性能随着Fe₃O₄含量的增加而增强。当m（GO）/m（铁盐）=1:10时,最小反射损耗在4mm时达到-8.22dB。（5）通过水/溶剂热法成功制备出Ni_0.5Zn_0.5Fe₂O₄和RGO-Ni_0.5Zn_0.5Fe₂O₄,采用原位聚合法成功制备了RGO-PPy,将水/溶剂热法和原位聚合法相结合制备出了RGO-PPy-Ni_0.5Zn_0.5Fe₂O₄三元复合吸波材料。研究发现:采用乙二醇溶剂热法制备的吸波材料性能优于水热法制备的吸波材料。RGO-Ni_0.5Zn_0.5Fe₂O₄的吸波性能优于Ni_0.5Zn_0.5Fe₂O₄,而RGO-PPy-Ni_0.5Zn_0.5Fe₂O₄三元复合材料的性能优于RGO-Ni_0.5Zn_0.5Fe₂O₄和RGO-PPy,且复合材料均以介电损耗为主。当厚度为4.5mm时,采用溶剂热法制备的RGO-PPy-Ni_0.5Zn_0.5Fe₂O₄的最小反射损耗在8.2GHz处达到-21.1dB,有效吸收带宽达到3.1GHz（6.9¹0.0GHz）。