基于聚苯乙烯微球模板的电磁防护材料制备与性能研究
随着时代的进步，电磁波的辐射和污染日益严重，成为人们密切关注的问题，人们对微波吸收材料和电磁屏蔽材料的需求急迫。铁磁类吸波材料由于自身价格低廉，吸收、衰减微波能力强，经常被用于雷达吸波材料领域，但是这类吸波剂也存在不可避免的缺点，比如自身密度大，有效带宽窄等。为了改变这些缺点，采用缓冲溶液法将磁性材料纳米化，空心化，制备一种“轻”，“薄”，“宽”，“强”的磁性空心球吸波材料。三维石墨烯纳米结构因其质轻、多孔、大比表面积和优异的导电/导热性能，在电磁屏蔽、微波吸收等领域引起了人们的广泛关注。目前，三维石墨烯内部泡孔尺度通常较大（几十至几百微米），因此在获得相应导电性能的同时，却难以同时承受较大载荷。为此，采用聚苯乙烯(PS)模板法和室温干燥法，制备了具有内部连续导电网络的高密度三维石墨烯，这种三维石墨烯具有优异的导电性和电磁屏蔽性能。主要研究内容如下: (1)通过缓冲溶液包覆法成功制备了(SPS@Fe(OH)3)核壳结构材料:形成均匀的金属氧化物壳层是制备核壳材料的难题，在本实验中采用缓冲溶液法，使Fe3+生长和成核的动力学达到平衡，成功实现了纳米级厚度Fe(OH)3壳层在聚苯乙烯微球表面的均匀包覆，并且能够调整Fe(OH)3包覆量。这种缓冲溶液法同样适用于包覆氧化石墨烯(GO)和酚醛树脂微球。 (2)制备空心铁包覆碳微球(Hollow Fe@C)并探究其吸波性能:制备高效轻便的吸波材料仍是现在的科研难题。本实验中，制备了一种双层壳碳包覆铁的空心球吸波材料，将包覆了聚多巴胺(PDA)的SPS@Fe(OH)3微球进行退火处理，由于碳层的保护使得到的微球空心结构完善，形貌规整，且由于无定型碳的还原使Fe3+转变为Fe，成功制备出磁性空心球，空心的结构有效降低了材料的密度，并且碳层和磁层的具有协同损耗作用，当改变Hollow Fe@C的碳层包覆厚度和磁层包覆量时，发现当PDA包覆时间为3h，Fe2(SO4)3和SPS的初始投料比为0.8∶1时，Hollow Fe@C的吸波性能最佳，最低反射损耗（RLmin）能够达到-45.7dB，带宽达到8.1GHz，较空心碳球的RLmin和有效带宽提高了168％和87％。 (3)高导电/电磁屏蔽效能三维石墨烯(RGM)的制备:宏观三维(3D)石墨烯由于其轻质多孔结构和优异的导电/热性能受到广泛关注。然而，通常报道的3D石墨烯孔径较大，使其难以构建完善的导电网络。因此，报道了一种用PS微球体作为模板通过水热反应和随后的热烘干法来构建3D石墨烯纳米结构。得到的密度为0.146g cm-3的RGM与石蜡复合之后显示出高达343.7S/m的电导率和在X波段57.1dB的优异电磁屏蔽性能。这种良好的导电和电磁屏蔽性能与内部纳米球形孔道结构相关，制得的新型电磁屏蔽材料在军工方面具有良好的应用前景。
吸波材料;三维石墨烯;制备工艺;导电性;电磁屏蔽性能
北京化工大学
硕士
材料科学与工程
张好斌
2018
中文
TB34
119
2018-09-18（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）