非晶二氧化钛纳米棒/还原氧化石墨烯复合材料的简易合成及其宽频吸波特性研究

作     者：张豪 

作者单位：大连理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：潘路军

授予年度：2021年

学科分类：08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 

主      题：非晶二氧化钛 还原氧化石墨烯 微波吸收 复介电常数 阻抗匹配 

摘      要：随着5G技术的迅猛发展、电子通讯设备的集成化以及军事隐身技术的升级换代,铁氧体、磁性金属颗粒等传统吸波材料由于其密度较大,稳定性差,已无法满足当前的吸波性能需要,开发轻质的高性能复合吸波材料已经成为目前功能材料领域的重点研究方向。二氧化钛(TiO)由于其低密度、高稳定性以及无毒无害等特点,在吸波领域展现出较大的应用潜力。但将其应用于吸波材料需要进一步解决如下关键问题:1)介电常数低,阻抗匹配特性较差;2)电子极化较弱,介电损耗能力差。本文通过设计非晶TiO结构,利用非晶结构的无序性与缺陷位点增强极化损耗,并与电子输运能力优异的还原氧化石墨烯(rGO)相复合,利用rGO较大的比表面积以及丰富的表面官能团进一步增强体系的极化能力,同时rGO较高的介电常数也可进一步优化体系的阻抗匹配特性,最终获得性能优异的轻质吸波材料,主要研究内容如下:1.采用一步溶剂热法将非晶TiO纳米棒均匀复合在rGO片层上,形成二维/一维复合结构,在防止rGO片层堆叠的同时也充分发挥了界面极化对电磁波的损耗作用。通过控制钛酸四丁酯的添加量实现了对非晶TiO复合密度的调控,并系统地研究了复合体系的电磁参数及吸波性能随非晶TiO复合密度的变化规律。所制备样品获得了较好的损耗能力和阻抗匹配特性,其最小反射损耗值可达-42.8 d B,有效吸收带宽可达6.2 GHz,实现了全Ku波段的有效吸收。2.进一步探究了非晶TiO/rGO复合材料内部非晶结构及官能团对吸波性能的促进作用。通过热退火处理将非晶TiO转化为结晶TiO的同时,也去除了材料内部的大量官能团,提升了碳材料的结晶度,这使得体系极化损耗减小并导致吸波性能的下降,最后结合四分之一波长匹配、阻抗匹配以及介电损耗等方面分析了非晶TiO/rGO复合材料电磁波吸收的内在机理。总之,本文通过简易合成非晶TiO/rGO复合材料,实现了阻抗匹配、四分之一波长匹配以及介电损耗间的协同效应,获得了优异的吸波性能。本文不仅为设计基于非晶结构的高效吸波材料提供了一种新的材料复合技术方案,其简便的合成方法也可以减小材料制备的成本,具有较好的产业化应用前景。