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碳纳米管载体复合材料的制备及其电磁特性研究

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第1章绪论

1.1 引言

1.2碳纳米管概述

1.2.1碳纳米管的结构

1.2.2碳纳米管的性能及应用

1.2.3碳纳米管载体复合材料的研究现状

1.2.4本实验碳纳米管的制备方法

1.3磁性材料

1.3.1金属磁性材料

1.3.2非金属磁性材料

1.4复合材料的电磁特性

1.5化学镀概述

1.6本课题研究的目的和主要内容

1.7本课题的技术路线图

第2章碳纳米管/铁镍/银复合粒子的制备和表征

2.1工艺流程图

2.2实验所用药品和仪器

2.3分析仪器与测试方法

2.3.1扫描电子显微镜(Scanning electron microscope,SEM)

2.3.2红外光谱分析(Infrared Spectrogram,IR)

2.3.3静磁性能的测量

2.4碳纳米管的纯化处理

2.4.1碳纳米管预处理

2.4.2碳纳米管氧化处理

2.4.3结果与分析

2.5化学镀前的敏化、活化处理

2.5.1敏化处理

2.5.2活化处理

2.6碳纳米管表面的化学镀铁镍

2.6.1化学镀铁镍的反应机理

2.6.2化学镀液的组成及各成份的作用

2.6.3化学镀铁镍的镀液配制

2.6.4化学镀铁镍的镀覆过程

2.7碳纳米管/铁镍复合粉末的化学镀银

2.7.1化学镀银的镀液配制

2.7.2化学镀银的镀覆过程

2.8结果与讨论

2.8.1影响化学镀的因素

2.8.2镀后粉末分析

2.9本章小结

第3章碳纳米管/钡铁氧体复合材料的制备和表征

3.1碳纳米管表面包覆钡铁氧体的工艺流程

3.2实验所用药品和仪器

3.3分析仪器与测试方法

3.3.1扫描电子显微镜(Scanning electron microscope,SEM)

3.3.2 X射线衍射分析(X-ray diffraction,XRD)

3.3.3静磁性能的测量

3.4碳纳米管的纯化处理

3.5碳纳米管表面包覆钡铁氧体

3.5.1溶胶凝胶法的基本原理

3.5.2碳纳米管表面包覆钡铁氧体的制备

3.6结果与讨论

3.6.1形貌及成份分析

3.6.2复合粉末的磁性

3.7本章小结

第4章碳纳米管基复合材料的制备及电磁特性研究

4.1前言

4.2实验仪器

4.3复合材料的制备

4.4结果与讨论

4.4.1碳纳米管/铁镍/银复合材料的电磁参数及电磁特性分析

4.4.2碳纳米管/钡铁氧体复合材料的电磁参数及电磁特性分析

4.5本章小结

第5章结论

参考文献

致谢

附录 攻读硕士期间发表的论文:

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摘要

碳纳米管由于具有中空结构、大的比表面积,因此很适合作为载体来负载纳米级的非金属、金属或金属氧化物,它还具有可以裁剪以及表面修饰的特性,且其电磁性能优于传统碳材料,以碳纳米管为载体及对其表面进行修饰的复合材料的电磁特性成为当今材料科学领域研究的热点。以碳纳米管作为基体,分别与磁性材料及良导电性的金属复合,有望解决电磁屏蔽频段窄的问题。本文在前人研究的基础上设计出以碳纳米管为基体,采用化学镀法和溶胶凝胶法分别制备了表面包覆铁镍银和钡铁氧体磁性材料的碳纳米管基复合材料,并对化学镀法和溶胶凝胶法的制备工艺和反应机理进行了研究,得到了以下结论: ⑴采用浓硝酸冷凝回流和混酸超声处理的方法对碳纳米管进行纯化处理,通过敏化、活化处理,提高了碳纳米管的表面活性,用化学镀的方法得到含铁镍38%,银28%的碳纳米管/铁镍/银复合粉末,通过SEM及EDS证实碳纳米管表面镀覆上铁镍和银,磁滞回线检测得粉末矫顽力Hc为0.147kOe,饱和磁化强度Ms为24.90emu/g,最大磁滞损耗为2.25×103J/m3,具有良好的磁性能。 ⑵用溶胶凝胶法在碳纳米管表面包覆了磁性材料钡铁氧体,得到了具有良磁性的碳纳米管/钡铁氧体复合粉末,通过SEM和XRD分析表明碳纳米管表面上较均匀地包覆了一层钡铁氧体,磁滞回线分析得粉末的矫顽力Hc为0.225kOe,饱和磁化强度Ms为48.6emu/g,具有较好的磁性。 ⑶将原始碳纳米管,碳纳米管/铁镍/银,碳纳米管/钡铁氧体与聚乙二醇均匀混合得到复合材料,利用Agilent E8362B PNA系列矢量网络分析仪测量了在2-18GHz频率范围内的电磁参数及电磁特性,结果表明原始碳纳米管、碳纳米管/铁镍/银、碳纳米管/钡铁氧体均有较好的反射特性,碳纳米管/铁镍/银有较好的透射特性。当填充比碳纳米管/铁镍/银:聚乙二醇=1:4,厚度d=12mm时,碳纳米管/铁镍/银复合材料的最大反射损耗值R=—41.58dB,且R<-10dB的频宽为7.42GHz;碳纳米管/钡铁氧体复合材料在所测试频率范围内出现多个吸收峰,在厚度d=8.5mm时吸收峰出现在7.0GHz附近,吸收峰值达-13.08dB,开拓了碳纳米管作为电磁吸收和屏蔽材料在低频段的应用的领域。

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