CNTs/Co/rGO复合材料的制备及其电磁性能研究

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:houlitao2009
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近年以来,随着电子产品大规模进入日常生活,电子器件工作频率的拓宽以及国防发展的需要,吸波材料越来越得到人们的重视。铁磁金属较高的饱和磁化强度和Snoek极限,使铁磁性金属颗粒在理论上高频范围内仍具备较高的磁导率水平,是潜在的热点吸波材料之一。但是其仍存在一些缺点,例如吸波机制单一,阻抗匹配差,纳米金属颗粒易团聚、氧化,颗粒较大或是颗粒团聚时,就会产生强烈的涡流效应,从而限制了其作为吸波材料的应用。本文采用金属醇盐法制备了钴-乙二醇螯合物,并通过调控反应温度、钴源浓度实现形貌调控,获得了不同尺寸的球状、圆盘状、花状、片簇状、雪花状前驱体,并以其为模板,制备了不同形貌、尺寸的Co/CNTs复合材料。以二氰二胺为碳源,利用Co可以作为活性位点原位催化生长碳纳米管的特点,一步制备了Co/CNTs复合材料,以碳纳米管成功地支撑了材料的形貌结构。Co和CNT两者的复合增强了材料的介电损耗。其中,600~oC氢热还原获得的雪花状的Co/CNTs复合材料不仅具有良好的几何效应,且拥有丰富的介电损耗机制,以20wt.%填充率与石蜡混合后,最强吸收值达到-72.65dB(匹配厚度4.09mm),有效吸收带宽为3.2 GHz,而在匹配厚度为2mm时有效吸收带宽为6.44GHz。为了得到更高饱和磁化强度的复合材料,利用金属醇盐法制备了(Co,Fe)-乙二醇螯合物,并以其为模板制备了宽200nm左右的CoFe/C纳米带复合材料,其最低反射损耗可以达到-63.02dB,匹配厚度为2.72mm,有效吸收带宽为7.3GHz。为了进一步丰富材料的损耗机制,利用Co-乙二醇螯合物/GO作为前驱体,制备CNTs/Co/rGO三元复合材料。还原氧化石墨烯其具有很高的比表面积以及大量的界面极化过程,因而具有很强的介电损耗,也被认为具有高效吸收电磁波的潜力。与碳纳米管相似,高的介电常数使得将其与Co复合成为了一种提高吸波性能的方式。但单纯的rGO与Co的复合,随着制备温度的升高,会引起Co颗粒的团聚从而使发生介电弛豫界面减少。同样用金属醇盐法,对GO进行了Co-乙二醇螯合物的包覆,利用Co可以作为活性位点催化生长碳纳米管的特点,在还原氧化石墨烯上原位生长出了Co/CNTs,有效抑制了Co的聚合,制备了CNTs/Co/rGO复合材料。160~oC下回流反应1 h合成得到的Co-乙二醇螯合物/GO前驱体,在600~oC下氢气氛围氢热还原2h得到的CNTs/Co/rGO复合材料具有均匀地Co/CNTs结构的包覆,拥有丰富的介电损耗机制,且抑制了Co的团聚,削弱了涡流效应,使材料获得更高的阻抗匹配,以20wt.%填充率与石蜡混合后,其最大吸收为-63.7dB(匹配厚度为2.28mm),有效吸收带宽为5.12GHz。
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