手性（螺旋）基质与钴铁氧体复合物的制备及其电磁性能研究

摘要

近些年来，随着传统吸波材料领域的不断拓展和深入探索，铁氧体类吸波材料在电磁波吸收和屏蔽领域的应用屡见不鲜。然而，铁氧体本身存在的刚性、密度大、难加工等缺点，在一定程度上限制了其作为理想吸波材料的使用。因此，为了满足现代生产和生活中吸波材料的应用需求，科学家和研究工作者们不断探索和创新，旨在追求集“薄、轻、宽、强”等优点于一身的新型材料。螺旋碳纳米管由于具有特殊螺旋形貌及优异的导电性和介电性能，对电磁波的损耗会相当可观，可能是吸收电磁波的理想材料;手性高分子，如手性聚苯胺、聚乳酸由于其具有良好的导电性和手性特征，且其化学稳定性较好、密度低、电磁参数可控且制备工艺简单，在电磁波吸收领域中也扮演着极为重要的角色。综合考虑铁氧体的磁损耗、手性聚苯胺和聚乳酸以及螺旋碳纳米管的手性和介电损耗以及各自的物理化学特性，我们设计用三种不同的手性（螺旋）材料作为基质，在其表面包覆钴铁氧体，以期合成兼具吸波和综合性能优良的二元复合物。该复合物不仅具备各组分的手性、介电损耗和磁损耗特性，而且在稳定性、密度以及频率特性等方面都能得到较好的改善。基于这一选题，本论文的主要研究内容如下:
　　(1)通过共沉淀法制备了螺旋碳纳米管/钴铁氧体(CCNTs/CFO)复合物;以L-樟脑磺酸(L-CSA)为手性掺杂剂，过硫酸铵作为氧化剂，通过原位化学氧化聚合法制备出L-聚苯胺(L-PANI)，然后通过共沉淀法合成出L-聚苯胺/钴铁氧体(L-PANI/CFO)复合物;利用L-丙交酯的开环聚合法和化学共沉淀法制备出L-聚乳酸/钴铁氧体(PLLA/CFO)复合物。
　　(2)用X-射线衍射仪表征了样品的微观结构;用扫描电子显微镜和透射电子显微镜分别对样品的形貌和粒径进行了观测和分析;用热重分析仪测试了样品的热稳定性能。结果表明所合成复合物的各组分之间并非简单的加和，而是可能存在某些特殊作用或者协同效应，从而对材料的整体结构、形貌以及性能等方面造成了比较显著的变化和影响。
　　(3)利用四探针电导率仪测试了复合物的室温电导率，振动样品磁强计测定了复合物在外加磁场下的室温磁滞回线。结果表明:导电手性基质的含量以及组分间的相互作用和协同效应是影响复合物电导率的主要因素，总体上来看，复合物的电导率随导电手性基质含量的增加而增大。因为非磁性手性基质(CCNTs，L-PANI，PLLA)具有一定的磁稀释作用，复合物的饱和磁化强度都比纯铁氧体低，且强度随手性基质含量的增加而减小。
　　(4)用阻抗/材料分析仪测定了复合物在1 MHz～3 GHz范围内的微波电磁参数，用矢量网络分析仪测定了复合物在2～18 GHz范围内的室温复介电常数和复磁导率，并模拟计算了复合物的微波吸收性能。结果表明:CCNTs/CFO，L-PANI/CFO和PLLA/CFO三种复合物都具有相对较好的吸波性能，可以考虑作为屏蔽和吸收电磁波的候选材料。

目录

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 新型吸波材料概述

1．2．1 铁氧体吸波材料

1．2．2 陶瓷类吸波材料

1．2．3 手性吸波材料

1．2．4 导电高分子吸波材料

1．2．5 等离子体吸波材料

1．3 手性吸波材料

1．3．1 手性吸波材料的分类

1．3．2 手性吸波材料的吸波原理

1．4 螺旋基质——螺旋碳纳米管

1．4．1 螺旋碳纳米管的结构

1．4．2 螺旋碳纳米管的制备方法

1．5 手性基质——手性聚苯胺

1．5．1 手性聚苯胺的结构

1．5．2 聚苯胺的制备方法

1．6 手性基质——聚乳酸

1．6．1 乳酸与聚乳酸

1．6．2 聚乳酸的合成方法

1．7 钴铁氧体

1．7．1 钴铁氧体晶体结构

1．7．2 纳米钴铁氧体的制备方法

1．8 选题依据和研究内容

1．8．1 选题依据

1．8．2 研究内容

第二章 螺旋碳纳米管／钴铁氧体复合物的制备及电磁性能

2．1 试剂和仪器

2．2 实验部分

2．2．1 样品的制备

2．2．2 样品表征及性能测试

2．3 结果与讨论

2．3．1 X-射线衍射

2．3．2 热稳定性

2．3．3 红外光谱

2．3．4 微观形貌

2．3．5 导电性能

2．3．6 磁性能

2．3．7 电磁损耗性能

2．3．8 吸波性能分析

2．4 本章小结

第三章 手性聚苯胺／钴铁氧体复合物的制备及其电磁性能

3．1 试剂和仪器

3．2 实验部分

3．2．1 样品的制备

3．2．2 样品表征及性能测试

3．3 结果与讨论

3．3．1 手性聚苯胺

3．3．2 手性聚苯胺／钴铁氧体二元复合物(L-PANI／CFO)

3．4 本章小结

第四章 L-聚乳酸／钴铁氧体复合物的制备及其电磁性能

4．1 试剂和仪器

4．2 实验部分

4．2．1 样品的制备

4．2．2 样品表征及性能测试

4．3 结果与讨论

4．3．1 X-射线衍射

4．3．2 热稳定性

4．3．3 微观形貌

4．3．4 红外光谱

4．3．5 PLLA／CFO复合物的导电性和旋光性

4．3．6 PLLA／CFO复合物的磁性能

4．3．7 电磁损耗性能分析

4．3．8 PLLA／CFO复合物的吸波性能分析

4．4 本章小结

第五章 全文总结

参考文献

攻读学位期间取得的研究成果

致谢

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