掺杂钡铁氧体-二氧化钛/碳纳米管/聚噻吩基复合材料制备及性能研究

摘要

目前，吸波材料种类繁多，但它们自身存在很多缺陷，例如吸收弱、密度大、频率窄等，单一材料根本无法满足强吸收和宽频带要求。因此，只有将多种材料复合，结合各种材料的优点，克服彼此的缺陷，才有可能突破现阶段吸波材料面临的“瓶颈”，开发出新型复合功能材料，满足目前需求。导电聚合物基纳米复合材料具有电磁性能可调、质轻、易加工等优点，近年来受到广泛关注。
　　本文通过凝胶溶胶自蔓延燃烧法制备了掺杂铁氧体-二氧化钛复合物，然后用原位化学氧化聚合法合成新型电磁损耗型的聚噻吩基复合材料，以期通过稀土元素掺杂铁氧体、二氧化钛、碳纳米管、聚噻吩基导电高分子的协同增效作用，获得性能更加优越的电磁波吸收材料。同时对制备的材料进行了 XRD、FTIR、DTA-TGA、SEM、TEM、VSM、电导率等一系列结构性能测试和复介电常数、复磁导率等电磁参数表征，探讨材料成分-工艺-显微结构-性能之间的关系，从宏观和微观讨论稀土掺杂铁氧体-二氧化钛/碳纳米管/聚噻吩基导电聚合物微波吸收机理，主要工作和研究结论如下：
　　（1）通过XRD、SEM测试，发现稀土掺杂铁氧体最佳煅烧温度为1000℃，棒状颗粒粒径在100 nm以内，结晶度最好；XRD和FT-IR图谱表明稀土离子已进入铁氧体结构中。稀土掺杂能够调节铁氧体的磁性参数，最佳稀土掺杂量x为0.04，BaFe11.92La0.04Nd0.04O19铁氧体具有最优的磁性能，矫顽力、磁饱和强度和磁剩余强度数值分别为5133.2 Oe、32.879 emu·g-1和53.732 emu·g-1。
　　（2）BaFe11.92La0.04Nd0.04O19铁氧体-二氧化钛复合物DTA-TGA分析表明，复合物凝胶分解过程主要包含两个阶段：第一阶段为结晶水和残留水分的蒸发，第二阶段为硝酸盐和柠檬酸的分解反应。通过电磁参数性能表征发现，二氧化钛的引入提高了铁氧体的电磁性能，继而提高铁氧体的电磁损耗能力，同时拓宽吸收频带。当掺杂铁氧体与二氧化钛比值为6:5，复合物电磁损耗能力最佳。
　　（3）DTA-TGA分析表明 BaFe11.92La0.04Nd0.04O19铁氧体-二氧化钛/碳纳米管/聚噻吩复合物的分解过程分为三个阶段，前两个阶段为掺杂铁氧体-二氧化钛复合物分解过程，第三个阶段为聚噻吩的分解过程。SEM和TEM表明铁氧体-二氧化钛复合物、碳纳米管被包覆在聚噻吩中。通过电磁参数性能表征发现，聚噻吩和纳米碳管的引入，明显提高掺杂铁氧体-二氧化钛复合物的电导率，同时极大改善掺杂铁氧体-二氧化钛复合物的微波吸收性能，当碳纳米管含量为20 wt％时，掺杂铁氧体与二氧化钛比值为4:5，掺杂铁氧体-二氧化钛/纳米碳管/聚噻吩复合物的微波吸收能力最强。
　　（4）DTA-TGA分析表明 BaFe11.92La0.04Nd0.04O19铁氧体-二氧化钛/碳纳米管/聚3-甲基噻吩复合物分解过程分为三个阶段，前两个阶段为掺杂铁氧体-二氧化钛复合物分解过程，第三个阶段为聚3-甲基噻吩的分解过程。SEM和TEM表明铁氧体-二氧化钛复合物、碳纳米管被包覆在聚3-甲基噻吩中。通过电磁参数性能表征发现，聚3-甲基噻吩和纳米碳管的引入，急剧提高掺杂铁氧体-二氧化钛复合物的电导率，极大改善铁氧体-二氧化钛复合物的微波吸收性能，拓宽了吸收频带，吸波效果明显大于聚噻吩基复合材料。当碳纳米管含量为7.7 wt%时，掺杂铁氧体与二氧化钛比值为3:5，掺杂铁氧体-二氧化钛/纳米碳管/聚3-甲基噻吩复合物的微波吸收能力最强。

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第1章 绪论

1.1吸波材料含义

1.2吸波材料分类

1.3吸波材料性能表征

1.4吸波材料发展概况

1.5本论文主要创新点与研究内容

第2章 稀土掺杂钡铁氧体的制备及磁性能研究

2.1材料与方法

2.2结果与讨论

2.3本章小结

第3章 稀土掺杂钡铁氧体-二氧化钛复合物性能研究

3.1材料与方法

3.2结果与讨论

3.3本章小结

第4章 稀土掺杂钡铁氧体-二氧化钛/碳纳米管/聚噻吩基复合材料性能研究

4.1材料和方法

4.2结果与讨论

4.3本章小结

第5章 掺杂钡铁氧体-二氧化钛/碳纳米管/聚3-甲基噻吩基复合材料性能研究

5.1材料与方法

5.2结果与讨论

5.3本章小结

第6章 结论与展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢

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