MWCNTs复合材料和生物质碳化竹的微波吸收性能研究

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二氧化铈(CeO2)是半导体微波吸收材料,还原氧化石墨烯(RGO)、多壁碳纳米管(MWCNTs)和聚多巴胺(PDA)是导电型微波吸收材料。将上述材料复合,能有效改善材料的阻抗匹配,增加微波吸收性能。生物质碳材料来源广泛,成本低廉,结构独特,是改善微波吸收性能的前驱体。本论文制备了CeO2/MWCNTs/RGO、MWCNTs@PDA和生物质碳化竹三种碳材料,采用XRD、Raman、XPS、SEM、TEM和VNA(矢量网络分析仪)表征了材料的组成、形貌和微波吸收性能。研究内容和结果如下:(1)以MWCNTs、RGO和Ce(NO33·6H2O为原料,采用化学沉淀法将零维结构CeO2、一维结构MWCNTs和二维结构RGO纳米材料转化为混合尺寸的CeO2/MWCNTs/RGO三元复合材料。研究了投料质量比和复合材料形貌结构对材料微波吸收性能的影响。结果表明:平均粒径为8 nm的CeO2晶粒较为均匀的生长在MWCNTs和RGO表面,CeO2晶粒和MWCNTs生长在RGO片层内部,CeO2的加入产生了材料的界面极化,促进了材料对微波的吸收;当MWCNTs:Ce(NO33·6H2O质量比为1:32时,CeO2/MWCNTs/RGO复合材料最佳微波反射损耗值在9.76 GHz处达到-32.71 d B,匹配厚度仅为1.5 mm,有效吸收带宽为1.44GHz。(2)以MWCNTs、盐酸多巴胺为原料,采用一步水热法制备了MWCNTs@PDA复合材料。研究了PDA的自聚合时间对微波吸收性能的影响。结果表明:PDA在酸化后的MWCNTs侧壁上自聚合生长形成了核壳结构,当聚合时间为12 h,匹配厚度为2.5 mm,频率为11.04 GHz时,MWCNTs@PDA复合材料最小反射损耗值为-44.3 d B,有效吸收带宽为4.96 GHz;最大吸收带宽为6GHz,此时最小反射损耗值为-39.8 d B厚度为2.0 mm。(3)以竹茎和竹根为原料,通过自活化热解制备碳化竹材料。研究了热解温度和碳化竹结构对碳化竹材料的微波吸收性能的影响。结果表明:由竹根热解制备的碳化竹(PCBR)材料存在微米级的有序通道结构,在碳壁内部存在组织良好的孔,而由竹茎热解制备的碳化竹(PCBS)材料具有相互连接的多孔网络和几十微米左右的椭圆形碳片结构;碳化温度为680°C时,多孔碳化竹(PCBS、PCBR)材料的微波吸收覆盖了S、C、X和Ku波段。最宽的有效吸收带宽可以达到5.28 GHz,厚度仅为1.68 mm,反射损耗为-50.7 d B。图[26]表[6]参[106]
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