Co-MOF衍生物与石墨烯复合材料的制备及吸波性能研究

作     者：赵亚真 

作者单位：西北大学 

学位级别：硕士

导师姓名：闫军锋

授予年度：2022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：MOF衍生物 石墨烯 阻抗匹配 电磁波吸收 

摘      要：现代科技的飞速发展、以及电子通信设备的广泛应用带来的电磁辐射,不仅会影响各类仪器的正常工作,也会对人体的健康产生一定的威胁。因此,研究人员一直在积极探索高效轻质的电磁波吸收材料来衰减电磁波。MOF衍生物因具有多孔结构、化学稳定性、铁磁/介电组分等特点,近年来被看作吸波材料家族中的“新贵。本文采用一锅法结合退火工艺,首先制备了Co-MOF衍生物Co@NC,然后与石墨烯复合,形成Co@NC/r GO复合材料;进而加入Ni,形成Co Ni@NC/r GO复合材料,对所得材料的吸波性能进行了系统研究。此项工作为基于MOF衍生物的吸波材料的设计提供了一个思路。具体工作如下:(1)制备了由以多孔的N掺杂碳多面体为壳、以磁性金属Co为核的结构单元,构成的中空菱十二面体结构纳米材料Co@NC,并探究了Co与有机配体摩尔比对Co@NC形貌结构和性能的影响。结果表明,当摩尔比较小(1:2、1:3)时,对Co-MOF前驱体尺寸的影响较大;当配体过量(1:4、1:5)时,有利于生成均一的小尺寸Co-MOF。此外,当摩尔比为1:4时,所制备的Co@NC在石蜡基质中的填充量为30%时,最小反射损耗值(RL)为-23.6 d B,有效吸收带宽(EAB)为1.80 GHz(3.86～5.66GHz),厚度为5.00 mm。(2)制备了由以磁性金属Co为核的结构单元,构成的中空菱十二面体,镶嵌在r GO片层中,形成的复合结构材料Co@NC/r GO。结果表明,r GO的加入有效地调节了Co@NC的电磁参数,提升了其介电损耗能力,优化了其阻抗匹配特性。同时,使其衰减常数与吸收强度均显著提高,也极大地减小了最小RL值所对应的匹配厚度。当前驱体中GO的加入量为84 mg时,Co@NC/r GO在11.76 GHz时处的最小RL值为-44.9 d B,EAB为4.04 GHz(9.61～13.65 GHz),厚度为2.16 mm;当前驱体中GO的加入量为108 mg时,产物Co@NC/r GO在16.02 GHz处的最小RL值为-49.2 d B,EAB为3.95 GHz(14.04～18 GHz),厚度为1.41 mm。(3)获得了以多孔的N掺杂碳多面体为壳、以磁性金属合金Co Ni为核的结构单元,构成的中空多面体,镶嵌在r GO片层中,形成的复合结构材料Co Ni@NC/r GO。研究表明,Ni的引入有效地调节了复合材料的电磁参数,使其在填充量为20%时,便具有优异的阻抗匹配,从而展现出优异的吸波性能。当Ni添加量为0.6 g时,所制备的Co Ni@NC/r GO复合材料在15.64 GHz处的最小RL值为-60.2 d B,EAB为4.76GHz(13.06～17.82 GHz),厚度为1.61 mm。