石墨烯泡沫与金属有机框架衍生物复合材料的制备及其吸波性能研究

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石墨烯由于阻抗匹配特性较差且易于片层堆叠,很难直接用作电磁波吸收材料,为了发挥石墨烯优异的性能,对其改性优化一直是吸波领域的研究热点。金属有机框架(MOF)衍生物既存在碳包覆磁性金属纳米颗粒的结构单元又具有中空多孔结构,是优异的磁性吸波材料。本文首先制备了MOF衍生物,然后通过水热法构筑了三维结构的石墨烯泡沫(GF),将其分别与两种MOF衍生物复合后,较系统地研究了复合材料的吸波性能,所做工作一方面克服了石墨烯易于重堆叠的缺陷,另一方面改善了石墨烯的阻抗匹配特性。具体工作如下:(1)采用水热法制备了GF。表征结果表明构筑的GF是一种大孔洞的空间立体框架材料,具有较大的比表面积和孔积。测试结果表明,当匹配厚度为4.86 mm时,GF在频率为3.7 GHz的最小反射损耗(RL)为-12.87 d B,大约是传统石墨烯反射损耗的两倍。(2)采用水热法制备了Co@N/C-GF复合材料。其中,Co@N/C正十二面体是Co基金属有机框架ZIF-67的衍生物。Co@N/C的引入使得复合材料形成了分级多孔结构,同时有效增强了复合材料的磁性。结果表明,当匹配厚度为1.83 mm时,Co@N/C-GF复合材料在频率为16.34 GHz的RL为-61 d B,最大有效吸收带宽为5.8GHz;当匹配厚度为1.84 mm时,RL小于-20 d B的吸收带宽为2.0 GHz,意味着99%的电磁波被吸收。同时其填充比仅为10%。(3)采用水热法制备了具有分级多孔结构的Ni@C-GF复合材料。Ni@C属于Ni基金属有机框架Ni-BTC的衍生物。Ni@C的引入使得复合材料形成了分级多孔结构,同时有效增强了复合材料的磁性。当匹配厚度为1.76 mm时,Ni@C-GF复合材料在频率为15.89 GHz的RL为-63 d B,最大有效吸收带宽为5.4 GHz,RL小于-20 d B的吸收带宽为2.2 GHz。同时其填充比仅为15%。所制备的两种复合材料的阻抗匹配都远远优于石墨烯泡沫,最终得到了反射损耗能力强,匹配厚度薄,吸收带宽宽而且质量轻,填充比低的理想电磁波吸收材料,碳外壳对磁性金属核心的保护使得复合材料能够适用于多数恶劣环境。
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