有机磁体聚苯胺/四氧化三铁/多壁碳纳米管的制备及其性能研究

摘要

现阶段的微波吸收材料仍然存在着阻抗匹配和损耗不能二者兼顾的问题，对于吸收剂聚苯胺而言，其仅仅是简单的介电损耗型微波吸收材料。本文首次提出了有机磁体聚苯胺，从根本上改变了聚苯胺的性质，让其具有磁损耗能力的同时使其与自由空间的阻抗匹配提高，很大程度上增强了其在微波吸收领域的应用。本课题将D-CSA和二聚体引入到聚苯胺的合成过程中，以达到合成出具有磁损耗的介电损耗材料，同时将其与四氧化三铁和多壁碳纳米管复合，形成三层包覆结构的材料，以最大程度的提高材料的微波吸收性能。
　　本文采用溶液聚合法制备有机磁体聚苯胺，并将其与多壁碳纳米管和四氧化三铁复合，并对其微观形貌（扫描电镜图）、微观结构（包括红外光谱、X射线衍射光谱）、磁性以及微波吸收性能进行了研究，得到（1）电镜图中加了二聚体和D-CSA的聚苯胺呈现的是100nm左右纤维状，还可看出其纤维向一个方向扭曲。并且得到的M-PANI的结晶度比T-PANI的结晶度更高，二聚体的引入也使得聚苯胺分子链之间的间距增大，使得其掺杂率再一次提高。通过对其磁性能研究得到，D-CSA的引入使得聚苯胺具有了磁性，具有0.0031emu/g的饱和磁化强度，而二聚体的加入使得这种磁性增强，具有0.0045emu/g的饱和磁化强度。通过对有机磁体微波吸收能力分析得到，M-PANI-1最小反射损耗为-33dB，小于-10dB的频宽为5GHz；M-PANI-2具有最小反射损耗为-32dB，小于-10dB的频宽为8GHz的微波吸收能力。
　　（2）通过对PANI/Fe3O4/MWCNTs、PANI/Fe3O4和PANI/MWCNTs的扫描电镜分析得到，PANI/Fe3O4中可明显看到颗粒状的四氧化三铁，颗粒细小且团聚在一起，穿插在其中的是纤维状的聚苯胺，其状细而长；PANI/MWCNTs中的纤维生长良好，且包覆完全，无裸露的碳纳米管，且能依稀看出复合物表面的螺旋结构的聚苯胺；PANI/Fe3O4/MWCNTs中也可明显看出纤维状复合物堆砌出的空间网状结构。通过对其红外光谱和XRD光谱分析得到，四氧化三铁成功的沉积在了碳纳米管上，并且聚苯胺也包覆良好。通过对其微波吸收能力分析得到，三元复合物的反射损耗最小反射损耗值为-54.4dB，在厚度为0.9mm，并且在所有厚度下，大部分频段的反射损耗值都小于-10dB。

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1 绪 论

1.1吸波材料简介

1.2有机高分子磁体

1.3 聚苯胺

1.4 四氧化三铁

1.5碳纳米管

1.6本课题研究的目的、意义及内容

2 实验部分

2.1 实验材料

2.2 实验方法

2.3 产品的表征

3 有机磁体PANI的表征及其微波吸收性能

3.1 有机磁体PANI设计理念

3.2 有机磁体PANI的微观结构表征

3.3 M-PANI磁化机理推导

3.4 D-CSA对产品性能的影响

3.5 二聚体对产品性能的影响

3.6 本章小结

4 有机磁体PANI/Fe3O4/MWCNTs复合物的表征及其微波吸收性能

4.1 有机磁体PANI/Fe3O4/MWCNTs设计理念

4.2 有机磁体PANI/Fe3O4/MWCNTs的微观结构表征

4.3 有机磁体PANI/Fe3O4/MWCNTs的微波吸收性能研究

4.4 本章小结

5 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

致谢

参考文献

附录 A.作者在攻读硕士期间撰写并发表的论文: