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还原氧化石墨烯(RGO)有着特殊的物理及化学性质,是典型的导电型微波吸收材料之一。介电型半导体氧化物CeO2具有萤石型结构及独特的氧空位缺陷,CeO2和RGO的复合,能提高复合材料的微波吸收性能。Fe(Co/Ni/Zn)掺杂CeO2/RGO,可以调节复合材料的阻抗匹配,诱发CeO2晶体的晶格畸变,丰富结构中的氧空位浓度,增强极子极化。复合材料中各组分间协同作用,有效改善了复合材料的微波吸收性能。 本工作是在课题组之前研究CeO2/RGO复合材料的基础上,通过一步水热法,根据投料比制备了系列Fe(Co/Ni/Zn)掺杂的CeO2/RGO复合材料,采用XRD、XPS、TEM、SEM对样品的结构、物质组成及形貌进行了表征分析,采用矢量网络分析仪表征了复合材料的电磁参数,根据传输线理论计算其在2-18GHz测量范围内的反射损耗。具体的结果如下: 1、以改进的Hummers法制备氧化石墨,并将RGO作为基体、硝酸铈作为铈源,采用硝酸钴为掺杂剂制备Co掺杂的CeO2/RGO复合材料。讨论了投料比对复合材料结构、形貌及微波吸收性能的影响。实验结果说明:Co的掺杂没有改变CeO2的晶体结构,并带来氧空位缺陷,导致材料内部电子极化的增强。掺杂后的CeO2纳米粒子紧密分散在RGO表面,异质组分间的相互作用,提升了材料的界面极化,促进了其对微波的吸收。当复合材料中nCo∶nCe为1∶6(投料比)时,复合材料在6.4GHz处最大反射损耗值为-53.66dB,对应的匹配厚度为3.5mm;低于-10dB的最大吸收带宽为4GHz,匹配厚度为2mm。 2、以RGO为基体,将硝酸铈作为铈源,采用硝酸镍为掺杂剂制备Ni掺杂的CeO2/RGO复合材料。考察了投料比对复合材料的结构、形貌及微波吸收性能的影响。结果说明:Ni的掺杂没有改变CeO2的晶体结构,且在低频段增加了材料的磁损耗机制,调节了复合材料的阻抗匹配。样品最大反射损耗峰的对应频率在测量范围内随着厚度的增加向低频率移动。当掺杂含量为nNi∶nCe=1∶4(投料比)时,镍掺杂CeO2/RGO纳米复合材料的在6.72GHz处最大反射损耗为-21.79dB,对应的匹配厚度为4mm。 3、以RGO为基体,将硝酸铈作为铈源,采用硝酸铁(硝酸锌)为掺杂剂制备Fe(Zn)掺杂的CeO2/RGO复合材料。考察了投料比对复合材料的结构、形貌及微波吸收性能的影响。实验结果说明:Fe(Zn)的掺杂没有改变CeO2的特殊晶体结构,掺杂带来的晶格畸变会促进复合材料吸波性能的提升。对Fe掺杂的CeO2/RGO复合材料来说,随着投料比nFe∶nCe的增加,复合材料的趋肤深度会变大,导致材料的最大反射损耗值随着材料匹配厚度的增加而变大。当nFe∶nCe(投料比)=1∶4时,Fe掺杂CeO2/RGO复合材料的最大反射损耗值为-16.36dB,相应的频率和匹配厚度分别为2.64GHz和4.5mm。对Zn掺杂的CeO2/RGO复合材料来说,当nZn∶nCe(投料比)=1∶4时,复合材料在9.28GHz处最大反射损耗值-36.88dB,匹配厚度为3mm。且Zn掺杂的CeO2/RGO复合材料在厚度为2mm时,低于-10dB的最大吸收带宽为4.8GHz(12.8-18GHz),几乎覆盖了整个Ku波段。