碳基电磁波吸收材料的制备及性能研究

• 作 者: 孙雷
• 出 处: 南通大学
• 发表日期: 2019年01期
• 关键词: 电磁波吸收材料 ACF GO 插层 Fe3O4

电磁波吸收材料的应用是防治电磁污染和提高军事隐身技术的有效手段,传统电磁波吸收材料具有各种各样的缺陷,如:铁氧体材料密度大,不耐高温;碳质材料阻抗匹配差,吸波频带窄。单一组分的电磁波吸收材料无法满足质量轻、频带宽和吸收强的要求,具有多重损耗机制的电磁波吸收复合材料是该领域的研究热点。本文采用原位还原法在碳质材料基体上原位合成四氧化三铁颗粒（Fe₃O₄）,制备了以下两种碳基电磁波吸收复合材料:（1）活性炭纤维负载四氧化三铁复合材料（ACF/Fe₃O₄）首先以粘胶纤维毡为原料,采用化学活化法制备活性炭纤维毡（ACF）。研究了磷酸浓度和碳化活化温度对ACF电磁波吸收性能的影响。磷酸浓度的变化对ACF的电磁波吸收性能没有显著影响,碳化活化温度的变化对电磁波吸收性能的影响较大。随着碳化活化温度的升高,ACF的最大反射率先增大后减小,当碳化活化温度为600-650℃时,ACF具有较好的电磁波吸收性能。在磷酸浓度为1mol/L,碳化活化温度为650℃时,制备的ACF在12.4GHz处的最大反射率为-25.8d B,有效带宽达到9.8GHz,ACF的电磁波吸收性能来自于介电损耗。以ACF为基体,FeCl₃为铁源,葡萄糖为还原剂,采用原位还原法制备了ACF/Fe₃O₄。Fe₃O₄与ACF以物理作用连接,粒径约为15-60 nm,复合材料表现为铁磁性。研究了Fe³⁺浓度和还原温度对复合材料电磁波吸收性能的影响,当Fe³⁺浓度为2mol/L,还原温度为500℃时复合材料具有最大的反射损耗,最大反射率在13.5GHz处达到-36.5d B,有效带宽达到9.8GHz。复合材料同时具有介电损耗和磁损耗性能,其中介电损耗占据主导地位。（2）四氧化三铁插层氧化石墨烯复合材料（GO@Fe₃O₄）采用改进的Hummers方法成功制备了氧化石墨烯（GO）,对GO进行水热处理后,以FeCl₃为插层剂,Na Cl为插层分散剂,葡萄糖为还原剂,采用原位还原法制备了GO@Fe₃O₄。Fe₃O₄以C-O-Fe键与GO连接,表现出较好的顺磁性。研究了GO与Fe³⁺摩尔比和还原温度对复合材料的形貌和结构的影响,GO与Fe³⁺摩尔比为1:1时,Fe₃O₄具有较好的分散性;还原温度高于400℃时,可得到晶相纯度较高的Fe₃O₄。对GO的电磁波吸收性能分析表明GO中仅存在介电损耗机制,最大吸收峰出现在9.52GHz处,厚度为2mm时,反射率为-9.28d B。GO@Fe₃O₄具有多重介电损耗和磁损耗,研究了GO与Fe³⁺摩尔比和还原温度对复合材料电磁波吸收性能的影响:最大反射率随着Fe³⁺比例的增加和还原温度的升高先增大后减小。当GO与Fe³⁺摩尔比为1:1,还原温度为600℃,厚度为3mm时,在8.6GHz处的最大反射率达到-49.6d B,有效带宽达到3.8GHz。