石墨烯对碳纤维聚合物复合材料电磁屏蔽性能的影响

摘要

随着电磁波干扰的日益严重，探索轻质高效的电磁屏蔽材料，成为当前迫切需要研究解决的问题。石墨烯具有轻质、比表面积大、高导电率等特点，是一种非常理想的电磁屏蔽材料。本文利用还原氧化石墨烯(rGO)对碳纤维(CF)进行表面改性，并采用溶剂热法将rGO与纳米Fe3O4粒子结合制备石墨烯基铁氧体杂化材料(rGO-Fe3O4)，提高阻抗匹配，达到提高CF复合材料电磁屏蔽性能的目的。
　　首先研究了GO、rGO对CF的表面改性，采用SEM、FTIR与XPS等表征方法分析GO-CF和rGO-CF的微观形貌、化学结构。CF经改性后，表面附着大量皱褶GO片层，还原后rGO中大部分含氧基团被去除。
　　将GO-CF和rGO-CF分别与不饱和聚酯树脂(UP)共混制备复合材料，研究其电磁屏蔽性能及屏蔽机制。结果显示，rGO-CF比GO-CF对复合材料的电磁屏蔽性能改善作用更加明显。当掺量为0.75 wt％时，rGO-CF/UP复合材料的SE值在12.4 GHz达到37.8 dB，比相同状态下的CF/UP与GO-CF/UP分别提高了16.3%与8.9%。通过单因素变量实验确定了最佳电泳沉积实验条件为沉积时间60 min，电压21 V。
　　通过XRD、FTIR、SEM、TEM、TG、VSM等分析rGO-Fe3O4，纳米Fe3O4粒子的粒径约为50 nm，且能够均匀稳定地附着于rGO表面。二者的结合提高了杂化材料的阻抗匹配，当试样厚度为3 mm，频率为12.09 GHz时，反射率最小值为-22.7 dB，有效吸收带宽为3.2 GHz。
　　将rGO-CF与rGO-Fe3O4与环氧树脂(EP)共混制备复合材料，当rGO-CF掺量为0.75 wt%、rGO-Fe3O4掺量为6 wt%时，复合材料在18.0 GHz达到了最优电磁屏蔽效能38.3 dB，比同条件下rGO-CF/EP提高了29.4%。电磁屏蔽性能的提高主要是因为导电组分rGO-CF与磁性组分rGO-Fe3O4之间产生协同效应。

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第一章 绪 论

1.1 电磁屏蔽概述

1.2 CF/聚合物基电磁屏蔽材料概述

1.3 石墨烯和GO概述

1.4 论文研究内容与创新点

第二章 实验与研究方法

2.1 原料与仪器

2.2 实验与研究方法

2.3 表征与测试

第三章 rGO-CF及其复合材料的电磁屏蔽性能研究

3.1 rGO-CF的结构表征

3.2 rGO-CF/UP复合材料

3.3 rGO-CF/EP复合材料

3.4 本章小结

第四章 石墨烯基铁氧体杂化材料

4.1 rGO-Fe3O4的结构表征

4.2 rGO-Fe3O4的吸波性能

4.3 本章小结

第五章 rGO-Fe3O4/rGO-CF/EP复合材料

5.1 rGO-Fe3O4/rGO-CF/EP复合材料的电磁屏蔽性能

5.2 rGO-Fe3O4/rGO-CF/EP复合材料的微观形貌

5.3 rGO-Fe3O4/rGO-CF/EP复合材料的协同效应机理

5.4 本章小结

第六章 结论与展望

参考文献

致谢

附录