纳米铁氧化物/石墨复合材料的制备及其微波吸收性能研究

摘要

利用氧化石墨的强吸附性将铁盐吸附到氧化石墨层间,再通过热处理制备纳米铁氧化物/石墨复合材料。在纳米铁氧化物/石墨复合材料的制备工艺中,原料种类、原料配比和热处理温度是影响纳米铁氧化物/石墨复合材料组成和结构的主要因素,因而也是影响其电磁波吸收性能的主要因素。本文系统考察了原料种类、配比以及热处理温度对纳米铁氧化物/石墨复合材料的组成、晶体结构和电磁性能的影响。结果表明,利用氧化石墨的强吸附性将一定比例的柠檬酸铁(或硝酸铁)吸附到氧化石墨层间和表面,再通过600～900℃隔绝空气下的热处理可以制备出纳米铁氧化物/石墨复合材料。其中,以柠檬酸铁为原料制备的纳米铁氧化物/石墨复合材料的介质损耗量较大。以柠檬酸铁为原料制备纳米铁氧化物/石墨复合材料的过程中,随着热处理温度的升高,其组成、晶体结构及晶粒尺寸发生很大变化,电性能与磁性能也随之发生改变,进而对纳米铁氧化物/石墨复合材料的吸波性能产生较大影响。改变柠檬酸铁与氧化石墨的配比,纳米复合材料的组成随之改变。调节铁盐配比可以调节其介电常数和磁导率,进而改变材料的吸波性能。
　　 在此基础上,选择合适的纳米铁氧化物/石墨复合材料作吸波剂,制备出纳米铁氧化物/石墨复合材料的吸波涂层,考察了制备纳米铁氧化物/石墨复合材料的原料种类、配比、热处理温度以及吸波涂层的厚度对吸波性能的影响。结果表明,采用柠檬酸铁制备的纳米铁氧化物/石墨复合材料吸波效果较好,频段范围宽,最大理论反射损耗大。热处理温度对纳米铁氧化物/石墨复合材料的吸波性能有较大影响,降低热处理温度,有利于改善其低频吸波性能。随着铁盐配比的增加,吸收峰位向低频方向移动,峰强先增大后减小。随着吸波涂层厚度的增加,吸收峰位向低频方向移动。
　　 本文还从结构、表面形貌、电磁参数和吸波性能等方面将纳米铁氧化物/石墨复合材料、铁氧化物和热解氧化石墨进行对比分析,初步探讨了纳米铁氧化物/石墨复合材料的吸波机理。研究结果表明,纳米铁氧化物/石墨复合材料既有石墨的电导损耗,又有纳米铁氧化物强的介电损耗,同时还存在由于石墨与铁氧化物的纳米化以及它们之间的耦合效应引起的损耗。将纳米铁氧化物/石墨复合材料用作吸波材料,与传统的石墨和铁氧化物相比,更符合新型吸波材料所要求的“薄、轻、宽、强”等综合性能,有望成为一种较为理想的微波吸波材料。

目录

文摘

英文文摘

第1章 绪论

1.1 引言

1.2 吸波材料概述

1.2.1 吸波材料简介

1.2.2 吸波材料的吸波原理

1.2.3 吸波材料的研究进展

1.3 氧化石墨及其纳米复合材料概述

1.3.1 氧化石墨简介

1.3.2 氧化石墨及其纳米复合材料简介

1.3.3 铁氧化物简介

1.4 选题依据及主要内容

1.4.1 选题依据

1.4.2 研究内容

第2章 实验研究方法

2.1 原材料与化学药品

2.2 仪器与设备

2.3 试样制备方法

2.3.1 氧化石墨的制备

2.3.2 复合材料样品的制备

2.3.3 电磁波吸收涂层的制备

2.4 组成、结构与性能分析方法

2.4.1 X射线衍射(XRD)分析

2.4.2 扫描电镜(SEM)形貌观察

2.4.3 激光拉曼光谱分析

2.4.4 粉木电导率的测定

2.4.5 磁滞回线的测定

2.4.6 电磁参数的测定

2.4.7 涂层频率-反射损耗曲线的测定

第3章 纳米铁氧化物／石墨复合材料的制备工艺研究

3.1 引言

3.2 原料种类对纳米铁氧化物／石墨复合材料结构和性能的影响

3.2.1 纳米铁氧化物／石墨复合材料的制备

3.2.2 原料种类对纳米铁氧化物／石墨复合材料晶体结构的影响

3.2.3 原料种类对纳米铁氧化物／石墨复合材料形貌的影响

3.2.4 原料种类对纳米铁氧化物／石墨复合材料电导率的影响

3.2.5 原料种类对纳米铁氧化物／石墨复合材料磁学性能的影响

3.2.6 原料种类对纳米铁氧化物／石墨复合材料电磁参数的影响

3.3 热处理温度对纳米铁氧化物／石墨复合材料结构性能的影响

3.3.1 纳米铁氧化物／石墨复合材料的制备

3.3.2 热处理温度对纳米铁氧化物／石墨复合材料晶体结构的影响

3.3.3 热处理温度对纳米铁氧化物／石墨复合材料形貌的影响

3.3.4 热处理温度对纳米铁氧化物／石墨复合材料电导率的影响

3.3.5 热处理温度对纳米铁氧化物／石墨复合材料磁学性能的影响

3.3.6 热处理温度对纳米铁氧化物／石墨复合材料电磁参数的影响

3.4 配比对纳米铁氧化物／石墨复合材料结构和性能的影响

3.4.1 纳米铁氧化物／石墨复合材料的制备

3.4.2 配比对纳米铁氧化物／石墨复合材料晶体结构的影响

3.4.3 配比对纳米铁氧化物／石墨复合材料形貌的影响

3.4.4 配比对纳米铁氧化物／石墨复合材料电导率的影响

3.4.5 配比对纳米铁氧化物／石墨复合材料磁学性能的影响

3.4.6 配比对纳米铁氧化物／石墨复合材料电磁参数的影响

3.5 本章小结

第4章 纳米铁氧化物／石墨复合材料的吸波性能及其机理分析

4.1 引言

4.2 影响纳米铁氧化物／石墨复合材料吸波性能的主要因素

4.2.1 原料种类对纳米铁氧化物／石墨复合材料反射损耗的影响

4.2.2 热处理温度对纳米铁氧化物／石墨复合材料反射损耗的影响

4.2.3 配比对纳米铁氧化物／石墨复合材料反射损耗的影响

4.2.4 涂层厚度对纳米铁氧化物／石墨复合材料反射损耗的影响

4.3 纳米铁氧化物／石墨复合材料的吸波机理分析

4.3.1 纳米铁氧化物／石墨复合材料、铁氧化物和热解氧化石墨的晶体结构

4.3.2 纳米铁氧化物／石墨复合材料与铁氧化物、热解氧化石墨的表面形貌

4.3.3 纳米铁氧化物／石墨复合材料与铁氧化物、热解氧化石墨的电磁参数

4.3.4 纳米铁氧化物／石墨复合材料与铁氧化物、热解氧化石墨的反射损耗

4.3.5 纳米铁氧化物／石墨复合材料吸波机理分析

4.4 本章小结

结论

参考文献

附录A 攻读硕士期间所发表的学术论文目录

附录B 攻读硕士期间参与的科研项目及申报的专利

致谢