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化工新型材料 2021年第2期49卷 130-134页

作者：樊哲张盛盛陈静怡范萍浙江工业大学材料科学与工程学院杭州310014

因具有多层次、多维度、多组分的耦合和协同效应,分级异质结构纳米材料的设计与制备已成人们关注的热点。利用氧化石墨烯(GO)的大比表面积片状结构的特点,通过原位低温聚合在其表面制备出聚苯胺(PANI)的纳米阵列,形成以GO为核层,PANI为... 详细信息

因具有多层次、多维度、多组分的耦合和协同效应,分级异质结构纳米材料的设计与制备已成人们关注的热点。利用氧化石墨烯(GO)的大比表面积片状结构的特点,通过原位低温聚合在其表面制备出聚苯胺(PANI)的纳米阵列,形成以GO为核层,PANI为壳层的GO@PANI微粒。分别研究反应时间、PANI添加量、掺杂酸浓度对GO@PNAI表面形貌的影响。在此基础上,探索GO@PNAI的生成机理,为GO@PNAI分级异质核壳材料的可控制备提供了理论依据。

关键词：石墨烯聚苯胺分级异质形貌

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GO@Fe3O4@硅酸盐/PVDF复合材料的制备及电磁屏蔽性能研究

GO@Fe3O4@硅酸盐/PVDF复合材料的制备及电磁屏蔽性能研究

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作者：唐家豪浙江工业大学

学位级别：硕士

如何对微结构及组分进行优化设计是电磁屏蔽材料研究领域的关注热点之一。石墨烯是一种很有前途的碳族电磁屏蔽材料,但单单靠石墨烯一种材料难以达到多波段、宽频带以及强吸收的效果。分级纳米结构由于其微纳米结构和特殊形貌,不仅能够... 详细信息

如何对微结构及组分进行优化设计是电磁屏蔽材料研究领域的关注热点之一。石墨烯是一种很有前途的碳族电磁屏蔽材料,但单单靠石墨烯一种材料难以达到多波段、宽频带以及强吸收的效果。分级纳米结构由于其微纳米结构和特殊形貌,不仅能够具有单一的组装单元所带的优越性能,而且因为构建单元的排列组装能够产生协同效应和耦合效应。本论文首先利用石墨烯、纳米四氧化三铁以及硅酸盐构建了具有多组分、多层次结构的三维纳米复合电磁屏蔽材料。这一方面希望通过组分的复合,调节电磁参数,以拓宽吸收频带;另一方面希望通过微/纳米结构的构建,增大石墨烯基吸波材料的比表面积,增强界面极化,增加多重反射和散射,以提高吸收效能。随后研究了该石墨烯分级异质纳米材料(GO@FeO@硅酸盐)对CO的吸附性并探索其充当超临界CO发泡材料的异相成核剂的可能性。在此基础上,将所制备的GO@FeO@硅酸盐与PVDF复合,研究GO@FeO@硅酸盐在PVDF中的分布情况对材料微观结构,介电性能和电磁屏蔽性能的影响。具体研究内容及研究结果如下:1.通过水热法和牺牲模板法制备了两种不同组分顺序的纳米复合材料(GO@Cusilicate@FeO和GO@FeO@Cusilicate),并对其微观结构和电磁屏蔽性能进行了研究和比较。研究了不同的FeO含量对产物的电磁波屏蔽性能的影响,并对GO@FeO@Cusilicate的电磁屏蔽机理进行了探索。在此基础上,将微粉与PDVF复合制成了复合材料,研究了石墨烯@硅酸铜微粉与石墨烯@硅酸铜/PVDF的微观结构及电磁屏蔽性能。研究结果表明:GO@Cusilicate@FeO和GO@FeO@Cusilicate都具有三维结构和较大的比表面积。但是,分级结构中FeO的内外顺序对它们的电磁屏蔽效率有较大的影响。当FeO位于中间(附着在石墨烯上)时,由于各种损耗效应的叠加,GO@FeO@Cusilicate在较宽的频率范围内(8.2-12.4 GHz)保持了较高的屏蔽效率(超过40 d B)。将所制备得到的GO@FeO@Cusilicate与PVDF复合,可制得具有较好电磁屏蔽性能的材料。通过多层层叠热压法制备的PVDF复合材料的电磁屏蔽性能要好于普通杂乱热压法制备的PVDF复合材料。随着GO@FeO@Cusilicate含量的增加,PVDF的β相特征峰强度越强,GO@FeO@Cu Silicate/PVDF材料的电磁波屏蔽性能越高。GO@Cu Silicate@FeO/PVDF复合材料(25 wt%的填料含量)可以在频率11.5 GHz处,达到最大屏蔽效能22.3 d B。2.以GO内核,FeO作为中间层通过水热法在GO@FeO表面构建了Mg Silicate和Ni Silicate纳米片形成的壳层。对GO@FeO@Ni Silicate,GO@FeO@Mg Silicate及GO@FeO@Cu Silicate的表面形貌,介孔性能,CO2吸附性能进行了研究。构建制备了夹芯的GO@FeO@硅酸盐/PVDF复合材料(GO@FeO@硅酸盐/PVDF(面层)/PVDF(芯层)/GO@FeO@硅酸盐/PVDF(底层)),并对这种复合材料的结构及性能进行了表征。在上述研究基础上,尝试将所制备的夹芯复合材料进行超临界CO的发泡。研究结果表明:三种GO@FeO@硅酸盐均具有较好的CO吸附性能。GO@FeO@Ni Silicate,GO@FeO@Cu Silicate,GO@FeO@Mg Silicate的CO吸附性能分别为180.73mg/g,90.49 mg/g及78.69 mg/g。三种GO@FeO@硅酸盐均有充当CO的异相成核剂的可能性。GO@FeO@硅酸盐的引入可使PVDF的α晶型降低,β晶型增加。其中GO@FeO@Cu Silicate可将PVDF中的大部分α晶型转变为β晶型。与非夹芯结构的PVDF复合材料相比,夹芯结构的GO@FeO@硅酸盐/PVDF复合材料具有更好和电磁屏蔽性能。相对于各自的非夹芯结构的复合材料,具有夹芯结构的GO@FeO@Mg Silicate/PVDF材料,GO@FeO@Ni Silicate/PVDF材料,GO@FeO@Cu Silicate/PVDF材料的最大屏蔽效能分别提升了36.80%,62.68%及82.80%。

关键词：石墨烯分级异质硅酸盐电磁波屏蔽夹芯

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