石墨烯-導電聚合物-磁性納米粒子復合材料的制備及微波吸收性能的研究.pdf

1、隨著電子技術的不斷發(fā)展，電磁波輻射產(chǎn)生的危害越來越明顯。電磁波輻射不僅影響電子器件的正常運行，產(chǎn)生環(huán)境污染，還對人類健康造成一定的危害。電磁波吸收材料（吸波材料）可有效地吸收電磁能，并將其轉化為熱能而消耗，因而使其在軍事或民用中都得到廣泛的應用。石墨烯具有比表面積大、密度低、導電性好、耐高溫和抗氧化能力強等特點，因此可作為吸波材料使用。然而，研究發(fā)現(xiàn)，單一石墨烯具有較高的介電損耗，磁性較小，因此吸波性能并不理想。將石墨烯與磁性吸收劑復合

2、，通過改善其阻抗匹配可有效提高石墨烯的吸波性能。目前，對于石墨烯基吸波材料的研究主要集中于二元復合，而對于石墨烯基三元復合材料吸波性能的研究報道較少。為制備吸波性能優(yōu)異的新型材料，本文將石墨烯、導電聚合物和磁性納米粒子進行復合，構筑新型三元復合材料，使其兼具磁損耗與介電損耗，并對三元復合材料的吸波性能進行了研究。研究內容如下：
　?。?）采用三步法分別制備了石墨烯-聚苯胺-Co3O4、石墨烯-聚吡咯-Co3O4和石墨烯-聚3,4乙

3、烯二氧噻吩-Co3O4三元復合材料。先在氧化石墨表面利用原位聚合法包覆一層導電聚合物；其次，通過水熱法在其表面均勻附著Co3O4納米粒子；最后，利用水合肼將氧化石墨還原。吸波性能研究表明，相對于石墨烯-聚苯胺、石墨烯-聚吡咯和石墨烯-聚3,4乙烯二氧噻吩二元復合材料而言，加入Co3O4納米粒子后，三元復合材料的吸波強度和頻帶寬度均有所增加。在2-18 GHz范圍內，三種復合材料吸波最大值分別為-44.5 dB、-43.5 dB和-46.

4、5 dB，-10 dB以下的頻帶寬度分別為4.3 GHz、6.4 GHz和2.1 GHz，該三元復合材料可作為一種新型的吸波材料使用。
　?。?）將原位聚合法與共沉淀法相結合，采用兩步法分別制備了石墨烯-聚苯胺-Fe3O4、石墨烯-聚吡咯-Fe3O4和石墨烯-聚3,4乙烯二氧噻吩-Fe3O4三元復合材料。電磁參數(shù)研究表明，石墨烯-聚苯胺-Fe3O4、石墨烯-聚吡咯-Fe3O4和石墨烯-聚3,4乙烯二氧噻吩-Fe3O4三元復合材料的

5、介電損耗和磁損耗之間的阻抗匹配得到調節(jié)，且多級界面產(chǎn)生的界面極化以及Fe3O4納米粒子產(chǎn)生的偶極極化和電子極化均對復合材料的吸波性能產(chǎn)生影響。在2-18 GHz范圍內，三種復合材料吸波最大值分別為-43.9 dB、-56.9 dB和-56.3 dB，-10 dB以下的頻帶寬度分別為3.4 GHz、2.7 GHz和2.9 GHz，對應的厚度分別為2.5 mm，5.3 mm和2.9 mm。
　?。?）將原位聚合法與水熱法相結合，利用兩

6、步法分別制備了石墨烯-聚苯胺-NiFe2O4、石墨烯-聚吡咯-NiFe2O4和石墨烯-聚3,4乙烯二氧噻吩-NiFe2O4三元復合材料。水熱法中堿性溶液不僅促使NiFe2O4納米粒子的生成，同時還可作為還原劑直接將氧化石墨還原。研究表明，粒徑在5-20 nm之間的NiFe2O4粒子出現(xiàn)部分團聚現(xiàn)象，由于NiFe2O4粒子的存在，三元復合材料均具有超順磁性。電磁參數(shù)研究表明，將導電聚合物和NiFe2O4納米粒子同時加入石墨烯中，復合材料的

7、阻抗匹配得到調節(jié)，且多元界面產(chǎn)生的界面極化以及電子在石墨烯和導電聚合物之間的傳遞均對復合材料的吸波性能產(chǎn)生影響。在2-18 GHz范圍內，三種復合材料吸波最大值分別為-50.6 dB、-44.8 dB和-45.4 dB，-10 dB以下的頻帶寬度分別為5.5 GHz、4.5 GHz和4.8 GHz。
　　4.利用原位聚合法和水熱法分別制備了石墨烯-聚苯胺-CoFe2O4、石墨烯-聚吡咯-CoFe2O4和石墨烯-聚3,4乙烯二氧噻吩

8、-CoFe2O4三元復合材料。研究表明，CoFe2O4納米粒子的存在使三元復合材料具有鐵磁性。三種復合材料在2-18 GHz范圍內吸波最大值分別為-39.7 dB、-50.8 dB和-43.1 dB，-10 dB以下的頻帶寬度分別為4.8 GHz、4.3 GHz和2.7 GHz，其優(yōu)異的吸波性能主要與改善的阻抗匹配、增強的界面極化以及CoFe2O4粒子的電子極化有關。
　　5.以十六烷基三甲基溴化銨為表面活性劑，采用兩步法制備了不

9、同形貌的石墨烯-NiFe2O4-CuS納米片復合材料。研究表明，NiFe2O4納米粒子的存在使石墨烯-NiFe2O4-CuS納米片具有超順磁性，而十六烷基三甲基溴化銨的用量對CuS納米片的形貌有很大影響。石墨烯-NiFe2O4-CuS納米片復合材料的吸波性能優(yōu)于單一石墨烯和石墨烯-NiFe2O4，在厚度為2.5 mm時最大吸收可達-50.4 dB，-10 dB以下的吸收頻帶寬度為4 GHz（9.6 GHz-13.6 GHz）。其優(yōu)異的吸