【摘 要】
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高性能电磁屏蔽材料在通信技术、隐身技术和电子器件等方面有着广泛的用途。近年来,由氧化石墨烯（GO）组装成的海绵状三维石墨烯气凝胶（GA）,具有超高的比表面积、超轻的密度,在电磁屏蔽方面引起了广泛关注。GO组装成GA过程中片层间的强相互作用和相邻片层间的物理交联,会严重降低石墨烯片层的有效表面积,造成电磁屏蔽性能的衰减。针对以上问题,本文提出在GA中引入具有结构支撑作用的碳纤维（CF）以增大石墨烯微
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高性能电磁屏蔽材料在通信技术、隐身技术和电子器件等方面有着广泛的用途。近年来,由氧化石墨烯（GO）组装成的海绵状三维石墨烯气凝胶（GA）,具有超高的比表面积、超轻的密度,在电磁屏蔽方面引起了广泛关注。GO组装成GA过程中片层间的强相互作用和相邻片层间的物理交联,会严重降低石墨烯片层的有效表面积,造成电磁屏蔽性能的衰减。针对以上问题,本文提出在GA中引入具有结构支撑作用的碳纤维（CF）以增大石墨烯微片组装后的表面,同时提升GA的电导率和减少GA的收缩、开裂。然后,复合高长径比的碳化铪纳米线（HfCnw）,以增强界面极化损耗、多重反射损耗、电导损耗,最终获得具有优异电磁屏蔽性能的HfCnw-CF/GA复合材料。本文研究了GA和CF/GA杂化气凝胶的水热自组装工艺,通过化学气相渗透法（CVI）在杂化气凝胶上沉积热解碳（PyC）保护层,最后采用化学气相沉积法（CVD）在杂化气凝胶上原位生长HfCnw,最终制得了HfCnw-CF/GA复合材料。以此为基础,研究了材料的组分、结构对电导率、电磁屏蔽性能的影响规律,揭示了HfCnw-CF/GA复合材料的电磁屏蔽性能调控机制及电磁屏蔽机理。本文主要研究内容和结论如下:（1）研究了乙二胺（EDA）:GO质量比、水热反应时间、水热反应温度、GO溶液浓度等因素对GA制备的影响规律。EDA含量、水热反应时间和温度增加,石墨烯片层之间相互作用力增强;GO溶液浓度增加,GA的收缩程度降低,密度增加,电导率增加。所制备GA在X波段的SET为23 d B-25 d B,SER较低（2.3 d B）。（2）研究了CF比例、CF长度、GO浓度对CF/GA杂化气凝胶的影响规律。较短的CF分散性更好,随着CF:GO质量比和GO浓度的增加,杂化气凝胶收缩程度降低,密度和电导率增加。CF具有支撑骨架作用,能阻止石墨烯的蜷曲、堆叠,从而减少GA的收缩、开裂,可以提高GA的电导率,CF/GA杂化气凝胶的电导率能提升到7.78 S/cm,所制备CF/GA杂化气凝胶最大SET为46 d B。（3）研究了PyC沉积时间和CVD时间对HfCnw-CF/GA复合材料的影响规律。PyC沉积时间为4 h时,HfCnw-CF/GA复合材料中生长出的HfCnw量较多。HfCnw-CF/GA复合材料中HfCnw含量越高,SET越高。HfCnw-CF/GA复合材料电导率能达到93.95 S/cm,SET最高为65 d B。（4）研究了HfCnw-CF/GA复合材料的电磁屏蔽机理。HfCnw-CF/GA复合材料对电磁波的损耗机制包括:电磁波在试样内部孔洞结构中多次反射损耗;石墨烯、CF、PyC和HfCnw界面结合处丰富的界面导致的界面极化损耗;石墨烯的介电损耗及自身的缺陷导致的极化损耗;电子迁移和跃迁的电导损耗等。通过控制石墨烯、CF、HfCnw以及PyC的比例,可实现多孔碳基复合材料的SET在23 d B-65 d B之间进行调节。
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