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纳米碳材料/玻璃纤维多尺度增强体的制备及电磁吸波性能研究

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纳米碳材料/玻璃纤维多尺度增强体的制备及电磁吸波性能研究

作者：柳欣青海大学

学位级别：硕士

伴随着5G信息时代到来,科技领域和军事领域发生了巨大的变革,为了适应当今社会发展需求,对新型电磁吸波材料提出了新的挑战,新型的电磁吸波材料应具备“质量轻、厚度薄、频带宽、吸收效果强”等特点。本文利用微米尺度的玻璃纤维(GFs)... 详细信息

伴随着5G信息时代到来,科技领域和军事领域发生了巨大的变革,为了适应当今社会发展需求,对新型电磁吸波材料提出了新的挑战,新型的电磁吸波材料应具备“质量轻、厚度薄、频带宽、吸收效果强”等特点。本文利用微米尺度的玻璃纤维(GFs)作为增强体,纳米尺度的碳纳米管(CNTs)、还原氧化石墨烯(RGO)和导电聚吡咯(PPy)作为吸收剂构筑碳纳米材料/GFs多尺度增强体。通过电泳沉积、层层自组装和原位聚合等方法制备了碳纳米材料/GFs多尺度增强体,研究了CNTs/GFs多尺度增强体、RGO/GFs多尺度增强体和RGO/PPy/RGO/GFs多尺度增强体的微观结构及复合材料在X波段的介电及电磁吸波性能。本文主要研究内容及成果如下:通过电泳沉积法成功制备了CNTs/GFs多尺度增强体;通过SEM证明CNTs成功沉积到玻璃纤维的表面;通过调节工艺参数进行对CNTs/GFs多尺度增强体的微观形貌调控。随着CNTs浓度从0.5 g/L增加到1 g/L,CNTs/GFs多尺度增强体的面密度从1.38 mg/cm增加到4.04 mg/cm,但随着沉积时间和沉积电压增加,CNTs/GFs多尺度增强体的面密度先增加后减少。CNTs/GFs多尺度增强体复合材料的复介电常数的实部和虚部都随着CNTs的浓度增加而增加,但随着沉积时间和沉积电压增加先增加后减少。结合CNTs/GFs多尺度增强复合材料的反射损耗曲线,确定出当CNTs溶液浓度为1 g/L、沉积时间为4min、沉积电压为16 V时,CNTs/GFs多尺度增强复合材料具有最优异的电磁吸波性能,其最小反射损耗值(RL)为-69.3d B,有效吸收带宽(RL≤-10 d B)为3.2 GHz。通过层层自组装的方法成功制备了RGO/GFs多尺度增强体,研究了工艺参数对RGO/GFs多尺度增强体微观形貌的影响,GO的浓度和组装的次数增加能够提高RGO在GFs表面的负载量。通过Raman光谱验证了RGO/GFs多尺度增强体的还原程度随着还原时间增加而提高。随着GO的浓度、组装次数和化学还原时间的增加,RGO/GFs多尺度增强体复合材料的复介电常数的实部和虚部和介电损耗都增加。当GO浓度、组装次数和化学还原时间分别为4 mg/ml、6和95 min时,厚度为3.6 mm的RGO/GFs多尺度复合材料拥有最优的吸波性能,其有效带宽能够覆盖整个X波段。通过自组装法和原位聚合法相结合,成功制备了RGO/PPy/RGO/GFs多尺度增强体;通过傅里叶红外光谱和XPS验证了PPy成功聚合;PPy与RGO的相互协同效应可以使RGO/PPy/RGO/GFs多尺度增强体的复介电常数拥有优异的阻抗匹配和衰减特性。当RGO/PPy/RGO/GFs多尺度增强体复合材料厚度为4.3 mm,在频率为9.9 GHz时,其最小RL值为-55.8 d B,对应吸收带宽为4.2GHz。

关键词：碳纳米材料/玻璃纤维多尺度增强体微观结构介电性能电磁吸波性能

Fe基磁性微/纳颗粒及其复合材料的制备与电磁吸波性能研究

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Fe基磁性微/纳颗粒及其复合材料的制备与电磁吸波性能研究

作者：钟璇北京理工大学

学位级别：硕士

电子设备产生的电磁波给电子器件的正常工作以及电子产品的使用寿命带来极大危害的同时,也很大程度上地威胁着人们的身体健康。利用吸波材料吸收电磁波来治理电磁污染是当下最为行之有效的屏蔽方法,因此对吸波材料的研究有着极大的工程... 详细信息

电子设备产生的电磁波给电子器件的正常工作以及电子产品的使用寿命带来极大危害的同时,也很大程度上地威胁着人们的身体健康。利用吸波材料吸收电磁波来治理电磁污染是当下最为行之有效的屏蔽方法,因此对吸波材料的研究有着极大的工程应用价值。本文选用Fe基磁性微/纳颗粒作为研究对象,旨在探索其高频电磁动态响应特点、机理以及吸波性能规律,为电磁吸波和屏蔽材料的发展奠定一定的基础。具体研究内容及成果如下:(1)采用液相还原法制备Fe-B颗粒,系统研究了NaBH添加方式、FeSO/NaBH比例及NH·HO量对Fe-B颗粒形貌、硼含量、晶体结构以及静磁性能的影响,并研究了不同硼含量、粒径的Fe-B颗粒/石蜡样品的电磁吸波性能。研究表明,在本研究实验条件下,以NaBH为还原剂还原水溶液中的Fe,在室温条件下,制备出的颗粒均为球形非晶Fe-B颗粒;随着FeSO/NaBH比例从1/1降低到1/6,球形非晶Fe-B颗粒的平均粒径变化不大(132-167 nm),而硼含量则从18.50 at.%增加至32.09 at.%;随着NH·HO量从50 ml增加至200 ml,球形非晶Fe-B颗粒的硼含量变化不大(25.52-28.68 at.%),而平均粒径则从120 nm增加至370 nm。Fe-B颗粒的硼含量和粒径均对其电磁吸波性能具有重要的影响,在所研究的2-18 GHz电磁波频率范围,1-6mm涂层厚度范围内,随着Fe-B颗粒硼含量的增加,Fe-B颗粒/石蜡样品(Fe-B颗粒:70wt.%)的最大反射损耗值|RL|和最大有效吸收频宽均先增大后减小;随着Fe-B颗粒平均粒径的增加,最大有效吸收频宽先增大后减小;硼含量为27.12 at.%,平均粒径为250 nm的Fe-B颗粒/石蜡样品的有效吸收频宽最宽,为7.6 GHz,且最大反射损耗值|RL|为42.843 dB,展现出优异的电磁吸波能力。(2)对所制备出的球形非晶Fe-B颗粒进行了400℃、500℃和600℃下的退火处理,研究了退火温度对球形非晶Fe-B颗粒形貌、晶体结构、静磁性能、高频电磁动态响应及电磁吸波性能的影响规律。结果表明,球形非晶Fe-B颗粒在479℃以上晶化为FeB相。随着退火温度的升高,Fe-B颗粒的比饱和磁化强度变化不大(136.68-146.54 emu/g),而矫顽力则先增大后减小。在2-18 GHz电磁波频率范围,2-6mm涂层厚度范围内,适当的退火温度可显著提高60 wt.%添加量的球形非晶Fe-B颗粒/石蜡样品的最大反射损耗值|RL|,但是退火处理对球形非晶Fe-B颗粒/石蜡样品的最大有效吸收频宽则有着不利影响。(3)通过Stober法对Fe-B颗粒进行表面包覆制备了壳核结构的Fe-B/SiO复合颗粒,并对复合颗粒的形貌、晶体结构、静磁性能及电磁吸波性能进行表征。结果表明,在2-18 GHz电磁波频率范围,2-6 mm涂层厚度范围内,与未经SiO包覆的Fe-B颗粒/石蜡样品(Fe-B颗粒:70 wt.%)相比,Fe-B/SiO复合颗粒/石蜡样品(Fe-B/SiO颗粒:70wt.%)的最大反射损耗值|RL|和最大有效吸收频宽均有所下降。(4)采用超声波辅助液相还原法制备FeNi颗粒,研究了反应温度、铁镍盐总浓度和NaOH浓度对FeNi颗粒形貌、晶体结构以及静磁性能的影响,并对不同形貌的FeNi颗粒的电磁吸波性能进行了探讨。结果表明,在本研究实验条件下,反应温度从35℃升高至85℃时,FeNi颗粒均为球形,平均粒径从116 nm增大至353 nm;铁镍盐总浓度从0.05 mol/L增加至0.4 mol/L时,FeNi颗粒逐渐从刺球形向球形转变;NaOH浓度从1 mol/L增加至7 mol/L时,FeNi颗粒逐渐从链状向球形转变。FeNi颗粒的形貌对其电磁吸波性能具有重要影响,对于本实验所制备出的FeNi球、FeNi刺球和FeNi链来说,在2-18 GHz电磁波频率范围,1-6 mm涂层厚度范围内,有最大反射损耗值|RL|:FeNi球FeNi刺球>FeNi链。FeNi链的最大反射损耗值|RL|最大,为54.130 dB,FeNi球的最大有效吸收频宽最宽,为7.22 GHz。

关键词： Fe-B颗粒 FeNi3颗粒静磁性能电磁参数电磁吸波性能

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强磁场处理微米级钴粉及其电磁吸波性能研究

强磁场处理微米级钴粉及其电磁吸波性能研究

磁功能化石墨烯改性环氧树脂及其复合材料的性能

第三届全国电磁冶金与强磁场材料科学会议

作者：温术来王栋樑马衍伟张现平姚超中科院电工研究所应用超导重点实验室

＜正＞1.研究背景微米级钴粉具有高比饱和磁化强度、高居里温度以及良好的抗氧化性能,可在较宽的温度范围内与电磁波相互作用,产生强烈的磁损耗。因此,在电磁屏蔽、电磁兼容及隐身技术领域具有广泛的应用前景[1-2]。本文研究了采用强磁... 详细信息

＜正＞1.研究背景微米级钴粉具有高比饱和磁化强度、高居里温度以及良好的抗氧化性能,可在较宽的温度范围内与电磁波相互作用,产生强烈的磁损耗。因此,在电磁屏蔽、电磁兼容及隐身技术领域具有广泛的应用前景[1-2]。本文研究了采用强磁场这一极端条件处理微米级钴粉,通过调整微米级钴粉的内部结构,改善其电磁吸波性能,并探索强磁场与微米级钴粉桐互作用机理。

关键词：微米级钴粉强磁场处理内部结构电磁吸波性能

来源： cnki会议评论

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材料研究学报 2022年第12期36卷 881-886页

作者：曾强王荣超刘绮彭化南陈平上饶师范学院化学与环境科学学院上饶334001 大连理工大学化工学院三束材料改性教育部重点实验室大连116024

先以氧化石墨烯和三氯化铁为原料并用高温水热法制备还原氧化石墨烯/Fe_(3)O_(4)(rGO/Fe_(3)O_(4))复合物,再用其改性环氧树脂制备出rGO/Fe_(3)O_(4)/环氧树脂复合材料,研究了(rGO/Fe_(3)O_(4))复合物的添加对其性能的影响。结果表明,(r... 详细信息

先以氧化石墨烯和三氯化铁为原料并用高温水热法制备还原氧化石墨烯/Fe_(3)O_(4)(rGO/Fe_(3)O_(4))复合物,再用其改性环氧树脂制备出rGO/Fe_(3)O_(4)/环氧树脂复合材料,研究了(rGO/Fe_(3)O_(4))复合物的添加对其性能的影响。结果表明,(rGO/Fe_(3)O_(4))复合物的添加量为30%的复合材料其冲击强度达到27 kJ/m^(2),比纯环氧树脂的冲击强度提高了58.8%。在环氧树脂中添加rGO/Fe_(3)O_(4)复合物,使其吸波性能显著提高。rGO/Fe_(3)O_(4)复合物的添加量为20%的复合材料,其反射率在小于-10 dB的频率范围为7.7~12.3 GHz,有效吸收频宽达4.6 GHz,覆盖了整个X波段。随着石墨烯含量的提高rGO/Fe_(3)O_(4)/环氧树脂复合材料达到最小反射率的位置向低频位置移动,控制rGO和Fe_(3)O_(4)的相对含量可调控这种复合材料的吸波性能。

关键词：复合材料还原氧化石墨烯 Fe_(3)O_(4) 改性电磁吸波性能

(Mg_(0.2)Co_(0.2)Ni_(0.2)Cu_(0.2)Zn_(0.2))Fe_(2)O_(4)高熵陶瓷的制备与吸波性能

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硅酸盐学报 2023年第12期51卷 3102-3113页

作者：王倩马昱昭杨晓凤张圣圣张翼龙张嘉慧西安建筑科技大学材料科学与工程学院西安710055

采用固相反应法制备了单相块体(Mg_(0.2)Co_(0.2)Ni_(0.2)Cu_(0.2)Zn_(0.2))Fe_(2)O_(4)高熵尖晶石陶瓷。结合X射线衍射,扫描电子显微镜和能谱仪对制备过程中的物相组成、显微结构和元素分布进行分析。随烧结温度的升高陶瓷材料体积密... 详细信息

采用固相反应法制备了单相块体(Mg_(0.2)Co_(0.2)Ni_(0.2)Cu_(0.2)Zn_(0.2))Fe_(2)O_(4)高熵尖晶石陶瓷。结合X射线衍射,扫描电子显微镜和能谱仪对制备过程中的物相组成、显微结构和元素分布进行分析。随烧结温度的升高陶瓷材料体积密度增大,气孔率降低,1 200℃烧结所得致密高熵尖晶石陶瓷材料呈单相,元素均匀分布,其弯曲强度和断裂韧性分别达43.00 MPa和1.30 MPa·m^(1/2)。所制备高熵尖晶石陶瓷对电磁波兼具介电损耗和磁损耗能力,其在3.0 mm处可获得最大的有效吸收带宽为12.37 GHz,是具有一定承载能力和优异宽频吸波性能的陶瓷材料。

关键词：铁氧体高熵陶瓷尖晶石结构电磁吸波性能

Si基陶瓷复合材料的周期性3D打印结构设计与电磁性能研究

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Si基陶瓷复合材料的周期性3D打印结构设计与电磁性能研究

作者：赵星西北工业大学

学位级别：硕士

具有轻质高强、耐高温、频带宽、可设计性强等特点的吸波陶瓷基复合材料在航空航天吸波领域有着十分重要的发展前景。然而,吸波陶瓷基复合材料的结构/材料/外形的多样性和复杂性对其加工制造技术提出了新的挑战。与传统制造工艺相比,陶... 详细信息

具有轻质高强、耐高温、频带宽、可设计性强等特点的吸波陶瓷基复合材料在航空航天吸波领域有着十分重要的发展前景。然而,吸波陶瓷基复合材料的结构/材料/外形的多样性和复杂性对其加工制造技术提出了新的挑战。与传统制造工艺相比,陶瓷3D打印技术理论上可以精确控制陶瓷吸波材料的空间几何形状和结构,为实现陶瓷基复合材料吸波结构的简易制作提供了可行方案。与传统吸波结构相比,超材料作为一种人工电磁结构材料,能够通过周期性结构实现电磁调控,为吸波陶瓷基复合材料设计提供了新思路。本文基于吸波材料的设计原理,引入周期性结构调控电磁性能的概念,对3D打印Si基陶瓷复合材料的吸波结构设计与性能进行了研究。本文的主要研究内容和结果如下:1.研究了宏观结构对3D打印AlO/Si Cw复合材料吸波性能的影响(1)采用3D打印技术与化学气相渗透(CVI)联合技术制备AlO/Si Cw复合材料斜蜂窝结构。研究结果表明:相比于单层平板结构,多孔斜向蜂窝结构(θ=30、45、60、75)和微米尺度的Si C晶须能够有效改善阻抗匹配、内部散射和介电损耗,实现吸波复合材料优化。其中,角度为30的AlO/Si Cw斜蜂窝结构的最小反射系数(RC)达到-63.65 d B,有效吸收带宽(EAB)可达4.2 GHz,能够覆盖整个X波段。(2)采用3D打印与CVI联合技术制备AlO/Si Cw复合材料双层吸波结构。该结构由不同扭转角(θ=0、30、60、90)的表层十字架结构和底层平板构成。研究结果表明:双层吸波结构对不同方向入射电磁波具有不同的响应,并且表层扭转结构角度的改变能够实现吸波性能的调控。当电磁波正向入射时,扭转角为90的样品具有最佳的吸波性能;当电磁波反向入射时,扭转角为60的样品具有最佳的吸波性能。最后,通过CST仿真揭示了由宏观结构引起的电场耦合效应以及多重散射效应的损耗机制。2.研究了微结构对3D打印AlO/(CNTs)/Si Cnw/Si OC吸波性能的影响(1)采用二茂铁改性前驱体法在AlO陶瓷双层结构上生长针刺状Si C纳米线,制备AlO/Si Cnw/Si OC复合材料吸波结构。研究结果表明:二茂铁的加入能够有效促进Si C纳米线的生长;Si C纳米线可有效损耗电磁波,提高介电常数并影响复合材料的吸波性能。结合能够引起电场耦合效应和多重散射效应的十字架结构设计,通过微结构调控实现复合材料结构吸波性能的优化。(2)采用CNTs改性前驱体法在AlO陶瓷双层结构上生长团絮状Si C纳米线,制备AlO/CNTs/Si Cnw/Si OC复合材料吸波结构。研究结果表明:CNTs的加入不仅可以促进Si C纳米晶体的析出,而且CNTs本身能够提高电导率,从而影响复合材料的电磁特性。当CNTs含量为5 wt.%时,兼具微结构损耗和宏观结构损耗机制的复合材料吸波结构表现出最佳的吸波性能:RC=-56.84 d B,EAB=4.2 GHz。3.研究了微结构与宏观结构协同调控对3D打印PDCs-Si OC陶瓷吸波性能的影响(1)合成并制备可光固化成型的Si OC前驱体聚合物,实现3D打印PDCs-Si OC陶瓷复杂结构的制备。首先研究不同热处理温度工艺下微结构调控对Si OC陶瓷平板结构吸波性能的影响。结果表明:纳米石墨和β-Si C晶体能够在较低的热处理温度(1100℃)下从非晶Si OC陶瓷中析出。不同热处理温度下微结构成分、含量不同,能够起到调节介电常数和吸波性能的作用。1300℃热处理后的Si OC陶瓷平板结构表现出最佳的吸波性能:RC=-32.44 d B,EAB=2.9 GHz。(2)通过宏观结构设计调节1300℃热处理温度下材料的本征电磁参数,制备多孔单层结构、十字双层结构以及复合结构的PDCs-Si OC陶瓷吸波体。研究结果表明:Si OC陶瓷多孔配位结构的RC=-29.97 d B,EAB=4.0 GHz,实现宽频吸波特性。Si OC陶瓷十字凸/平板双层结构的RC=-58.97 d B,EAB=4.0 GHz,实现宽频带、强吸收特性。此外,通过调节表面十字结构参数,可以有效调节吸收强度和频带峰位。最后,利用十字凸与十字凹结构同层以及异层组合形成复合结构,该复合结构改变了从金属背板反射的电磁波的传播方向,破坏了其与材料表面反射电磁波的干涉损耗机制,仅能实现宽频吸波特性。

关键词： 3D打印技术周期性结构 Al2O3/SiC复合材料 PDCs-SiOC陶瓷前驱体改性电磁吸波性能

掺加碳纤维的Fe_(2)O_(3)功能集料电磁防护混凝土

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合成纤维 2022年第4期51卷 50-57页

作者：朱毓豪任俊儒杨朝山程华黄晓寒张左群中国人民解放军陆军勤务学院军事设施系重庆401311

利用滚制成型法制备Fe_(2)O_(3)功能陶粒,并用作粗集料,在水泥石中掺加碳纤维吸波剂制备得到新型电磁防护混凝土。研究了功能陶粒的物相、形貌和相对电磁参数,采用弓形法测试对比了Fe_(2)O_(3)功能集料混凝土和普通碎石混凝土的吸波性能... 详细信息

利用滚制成型法制备Fe_(2)O_(3)功能陶粒,并用作粗集料,在水泥石中掺加碳纤维吸波剂制备得到新型电磁防护混凝土。研究了功能陶粒的物相、形貌和相对电磁参数,采用弓形法测试对比了Fe_(2)O_(3)功能集料混凝土和普通碎石混凝土的吸波性能,分析了碳纤维掺量和匹配层对Fe_(2)O_(3)功能集料混凝土电磁吸波性能的影响。结果表明:在8~18 GHz,Fe_(2)O_(3)功能集料混凝土的反射率明显优于普通碎石混凝土,加入体积分数0.2%的碳纤维能在Ku波段提高混凝土的吸波性能,但碳纤维的掺入也易使Fe_(2)O_(3)功能集料混凝土与自由空间的阻抗匹配变差,发生强电磁反射;添加10 mm厚匹配层后,混凝土结构的吸波性能改善显著,碳纤维体积分数为0.6%的双层结构Fe_(2)O_(3)功能集料混凝土最小反射率为-13.48 dB。同时,对制得的电磁防护混凝土的抗压性能进行测试,碳纤维体积分数为0.2%时,混凝土抗压强度最佳,28 d可达47.2 MPa。

关键词：碳纤维 Fe_(2)O_(3)功能集料混凝土电磁吸波性能力学性能

Fe基中高熵磁性材料的制备及其吸波性能与机理研究

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Fe基中高熵磁性材料的制备及其吸波性能与机理研究

作者：常秀武汉科技大学

学位级别：硕士

随着社会和经济的飞速发展,微波技术在给予我们便利的同时,也会对人类生存空间造成严重的电磁污染,因此对高性能电磁吸波材料的需求越来越迫切。电磁吸波材料在性能上追求“宽、薄、轻、强”,随着多频段高强度微波技术的进一步发展,吸... 详细信息

随着社会和经济的飞速发展,微波技术在给予我们便利的同时,也会对人类生存空间造成严重的电磁污染,因此对高性能电磁吸波材料的需求越来越迫切。电磁吸波材料在性能上追求“宽、薄、轻、强”,随着多频段高强度微波技术的进一步发展,吸收频带宽、性能稳定的吸波材料在电磁防护和雷达探测等领域的应用研究受到了广泛关注。本论文针对磁性金属和铁氧体这两种研究比较广泛的吸波材料,结合高熵设计理念,成功设计和制备出了Fe Co Ni中熵合金薄膜和(Fe Co Ni Cr M)O(M=Zn,Cu,Mn)高熵尖晶石铁氧体粉末,利用XRD,SEM,TEM,XPS等对上述样品进行了微观结构表征,并采用同轴传输法测试了其电磁吸波性能。主要研究结果如下:(1)利用电化学沉积法制备了成分均匀、结构致密的Fe Co Ni中熵合金薄膜,Fe Co和Fe Ni合金薄膜为对比样品。这些薄膜样品均具有单一的体心立方(BCC)结构,且通过调控电解质浓度实现了近等原子比。随着沉积时间的延长,薄膜厚度持续增加,沉积时间为30、60、90 min时,样品厚度分别为8.9μm,11.1μm,20.5μm。性能测试表明,较Fe Co,Fe Ni合金薄膜及商业用Fe Ni合金粉末(典型磁性金属吸波材料),Fe Co Ni中熵合金薄膜具有最低的最小反射损耗值(RL),在15.2 GHz下RL值为-53.0 d B,匹配厚度9.4 mm,这表明其吸波性能最优。(2)利用固相反应法制备了微米尺度的(Fe Co Ni Cr M)O(M=Zn,Cu,Mn)高熵尖晶石铁氧体粉末,分别记为HEO-Zn,HEO-Cu,HEO-Mn。三种高熵铁氧体样品均具有三维多孔结构和均匀的成分分布,孔隙尺寸在几十到几百纳米范围。性能测试表明,三种铁氧体样品具有可观的RL值、较宽的有效吸收频带(EAB)及较高的结构稳定性。其中,HEO-Cu的RL和EAB值分别为-27.3 d B(13.3 GHz,匹配厚度9.1 mm)和7.5 GHz(10.5-18.0 GHz),较HEO-Zn和HEO-Mn,HEO-Cu的吸波性能更优。HEO-Cu优异的吸波性能主要来源于介电损耗的界面极化和偶极极化、磁损耗的涡流损耗和自然共振、以及多孔结构提供的三维导电网络。

关键词：磁性金属尖晶石氧化物中高熵合金电磁吸波性能

亚微米磁性核壳结构材料对增强吸波性能的研究

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亚微米磁性核壳结构材料对增强吸波性能的研究

作者：沈讯青岛科技大学

学位级别：硕士

随着电子技术和通讯工业的不断发展,各种通讯和电子设备已经普及到千家万户,5G时代也即将来临。虽然它丰富了我们的日常生活,但也带来了日趋恶化的电磁环境。这不仅影响设备的正常运行,而且给我们的身体带来了极大的伤害,是心血管疾病... 详细信息

随着电子技术和通讯工业的不断发展,各种通讯和电子设备已经普及到千家万户,5G时代也即将来临。虽然它丰富了我们的日常生活,但也带来了日趋恶化的电磁环境。这不仅影响设备的正常运行,而且给我们的身体带来了极大的伤害,是心血管疾病、癌突变等疾病的主要诱因之一。因此,高效的电磁波吸收材料也越来越得到人们的关注。至今,许多优秀的吸波材料在航空、通讯和电子技术等多个领域里发挥着重要的作用。在众多吸波材料中,对传统的磁性吸波材料的应用一直是大家研究的热点。经研究,铁磁性金属材料（Fe,Co,Ni）及其合金作为传统的磁性吸波材料虽具有成本低、灵活性好和易加工等优点,但也存在阻抗匹配性能差、密度大、吸收频带窄、匹配厚度厚和耐候性差等缺陷,越来越难以满足现代吸波材料所强调的轻质、强吸收、宽吸收频带、薄匹配厚度、优耐候性等需求,所以多组分复合材料备受大家关注。基于多组分协同原理,介电材料的包覆形成核壳结构可以有效地改善传统磁性材料诸多缺点。本论文着眼于制备碳材料包覆磁性亚微米球形成核壳吸波材料来改善传统磁性材料的诸多缺点,并对其制备工艺、结构设计和吸波机理进行研究探讨。本论文主要开展的研究工作及获得的结论如下:（1）首先利用简单的溶剂热法合成镍亚微米球,并通过酚醛树脂包覆镍亚微米球,然后在管式炉里煅烧得到核壳Ni@C亚微米球。通过将Ni、Ni@C亚微米球与聚偏氟乙烯（PVDF）复合获得柔性复合材料。利用同轴法测量2-18 GHz范围内各填充量下的介电常数和磁导率,从而获得相关的反射损耗值。探究碳包覆之后独特的核壳结构对吸波性能的影响;探究通过调节不同包覆和碳化条件对材料介磁参数和吸波性能的影响。经过调节,当碳化条件为850℃,3 h时,碳壳厚度为64.3 nm,且填充量仅为20 wt%时,Ni@C/PVDF复合材料的最低反射损耗在14.04 GHz下能达到-71.32 dB,有效频宽（RL≤-10 dB）在1.95 mm厚度下达到5.62 GHz。（2）通过过量的次磷酸纳还原镍盐和氧化石墨烯（GO）,利用一步溶剂热法获得Ni/RGO复合吸波材料,并与PVDF复合进行性能测试。经过大量研究,通过氧化还原法制备成的还原氧化石墨烯（RGO）具有大量的缺陷和残留的官能团使石墨烯的电导率降低,同时这些缺陷和官能团的出现可以作为极化中心,有利于电磁波的吸收和衰减。且以RGO为基底的的复合材料具有三维分层结构,易实现电子传输,具有强烈的极化损耗。本实验中,RGO包覆在磁性镍亚微米球上形成独特的核壳结构,通过电导损耗、偶极子极化、界面极化、涡流损耗以及多次反射形成的干涉相消等等多种电磁波吸收机制协调下得到优秀的吸波性能。（3）为了验证碳包覆核壳结构对铁磁性金属吸波性能的提升,本实验通过溶剂热法制备CoNi合金球,并通过酚醛树脂包覆CoNi亚微米球,然后在管式炉里煅烧得到核壳CoNi@C亚微米球。通过热挥发成膜法和热压法将CoNi@C亚微米球与PVDF复合,利用同轴法测量2-18 GHz范围内各填充量下的介电常数和磁导率,从而获得相关的反射损耗值。通过对比,碳包覆核壳结构增强了吸波强度,拓宽了吸波宽度,优化了吸波性能。

关键词：核壳结构碳材料阻抗匹配电磁吸波性能