MWCNT/Fe3O4/PANI/Au异质结构复合物的制备及吸波性能研究

摘要

吸波材料在隐身技术、节能技术以及民用防辐射等方面有着广泛的应用,尤其在军事隐身技术方面,随着电子技术的迅猛发展,使得战场的各种武器系统面临着严峻的威胁,在现代战争中,信息的获取和侦察、捕获目标已经成为战争的焦点。而目前吸波效果良好的吸波材料,多为雷达波段或者红外波段单一波段的吸波材料,可广泛应用的宽频吸波材料技术还不成熟,且传统的宽频吸波材料为多层,采用分层涂覆法制备,制备过程复杂,且多层间结合力不好。本实验研究制备了碳纳米管基四元复合材料,四种组分各自发挥作用又耦合在一起,具有良好的吸波性能,并且是一种可见光、红外、微波三种波段多频化吸收一体化吸波材料,解决了以往多频化吸波材料多层间结合力不好的难题。
　　在本实验研究制备MWCNT/Fe3O4/PANI/Au四元异质结构复合物,介电损耗型吸波材料多壁碳纳米管作为最里层组分,保证材料的力学性能;磁性材料Fe3O4原位组装在碳纳米管表面,形成介电和磁性的耦合增强吸收;次外层为介电损耗吸波材料聚苯胺,解决以往的粉体吸波材料与粘结剂结合力不好的问题;最外层为金纳米粒子,具有三阶非线性及等离子效应,在可见光波段有吸收,四种组分各自发挥作用又耦合在一起,组分越多界面极化越强,增强吸波效果。
　　首先本课题研究了聚苯胺包覆于MWCNT/Fe3O4复合物表面的制备工艺,通过TEM对包覆形貌进行观察,合成本征态聚苯胺,pH酸度控制在5~6,反应温度优化为0℃,并对聚苯胺包覆量是否可控进行研究,优化出聚苯胺的最佳包覆量为20nm厚度,MWCNT/Fe3O4/PANI复合材料含量为50wt％时,在14.6GHz处最小反射损耗为-22dB(吸收约98%以上电磁波),当厚度为0.9~5mm时,有效吸收频率(RL<-10dB,电磁波吸收>90%)为2.5~18GHz。
　　本课题还研究了金纳米粒子负载于MWCNT/Fe3O4/PANI复合物表面的制备工艺,通过TEM观察负载形貌,最终采用化学氧化还原法负载,还原剂为苯胺,选择聚乙烯吡咯烷酮(PVP)作为表面包覆剂,并对金纳米粒子负载量是否可控进行研究,优化出最佳负载量为MWCNT/Fe3O4/PANI:HAuCl4质量比1:2,MWCNT/Fe3O4/PANI/Au复合材料含量为50wt%时在9GHz处最小反射损耗为-60dB(吸收约100%电磁波),当厚度为2.2mm时,有效吸收频率(RL<-10dB,电磁波吸收>90%)为8~11GHz。

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第1章绪论

1.1 课题背景及研究意义

1.2 吸波技术的研究进展

1.2.1隐身技术的研究进展

1.2.2吸波材料的研究进展

1.3 纳米碳材料的研究进展

1.3.1纳米碳材料的发展史

1.3.2纳米碳材料的制备方法

1.3.3纳米碳材料的应用

1.4 本课题的研究内容

第2章实验材料及研究方法

2.1化学试剂

2.2实验装置及制备过程

2.2.1二元异质结构复合物的制备

2.2.2三元异质结构复合物的制备

2.2.3四元异质结构复合物的制备

2.3 粉体形貌及微观结构分析方法

2.3.1透射电镜（TEM）分析

2.3.2扫描电镜及能谱（EDS）分析

2.3.3 X射线衍射（ XRD）分析

2.3.4红外光谱（IR）分析

2.3.5紫外吸收(UV)分析

2.3.6拉曼分析

2.4 吸波性能分析方法

第3章三元异质结构复合物的制备及吸波性能研究

3.1二元异质结构复合物的制备

3.1.1二元异质结构复合物的制备方法

3.1.2二元异质结构复合物的形貌及物相分析

3.2三元异质结构复合物的制备

3.2.1三元异质结构复合物制备的影响因素

3.2.2三元异质结构复合物的形貌及微观结构分析

3.3三元异质结构复合物的吸波性能研究

3.3.1三元异质结构复合物的介电性能和磁性能分析

3.3.2三元异质结构复合物的吸波性能分析

3.4本章小结

第4章四元异质结构复合物的制备及吸波性能研究

4.1四元异质结构复合物的制备

4.1.1四元异质结构复合物制备的影响因素

4.1.2四元异质结构复合物的形貌及微观结构分析

4.2.四元异质结构复合物的吸波性能研究

4.2.1四元异质结构复合物的介电性能和磁性能分析

4.2.2四元异质结构复合物的吸波性能分析

4.3本章小结

结 论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

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致谢