【摘要】：吸波材料是一種重要的軍事隱身功能材料,在軍事和民用具有迫切的需求,石墨烯材料具有質(zhì)量輕、比表面積大、高的介電常數(shù)等性質(zhì),是一種極具前景的吸波材料。但石墨烯能帶間隙為零,性質(zhì)不易調(diào)控,在吸波領(lǐng)域應(yīng)用受到限制。石墨烯的能帶帶隙可以通過量子限域或化學(xué)摻雜產(chǎn)生,摻雜的雜原子可以有效調(diào)節(jié)其電子結(jié)構(gòu)和其他內(nèi)在特性。本論文從——氮摻雜石墨烯、不同程度氧化程度的石墨烯納米帶及其氮摻雜三個(gè)方面來調(diào)控石墨烯的電磁參數(shù),實(shí)現(xiàn)材料的阻抗匹配和衰減吸收特性,制備出具有優(yōu)異的吸波性能的石墨烯基材料。以氧化石墨烯前驅(qū)體,尿素作為氮源,采取水熱還原法,制備氮摻雜石墨烯,調(diào)控氧化石墨烯與尿素質(zhì)量比,制備出不同氮含量的氮摻雜石墨烯。采用化學(xué)氧化碳納米管法制備氧化石墨烯納米帶,調(diào)節(jié)碳納米管與高錳酸鉀的比例,制備出不同氧化程度的氧化石墨烯納米帶,采用水熱法對氧化石墨烯納米帶進(jìn)行氮摻雜,得到氮摻雜石墨烯納米帶。摻氮石墨烯的微觀形貌為多孔層狀結(jié)構(gòu),有利于電磁波多重反射吸收,在氮摻雜過程中氧化石墨烯同時(shí)被還原,氮摻雜使得氮摻雜的晶面間距變小,片層部分發(fā)生堆疊,具有很大比表面積。10NG、30NG、50NG的氮含量分別為8.54 at%、7.52 at%、7.61at%,氮摻雜的氮含量越高,石墨烯的晶格缺陷越多。氮原子在石墨烯中摻雜的形式有三種吡啶型、吡咯型以及石墨型氮,本論文中制備出的氮摻雜石墨烯的氮摻雜類型主要是以吡啶型和吡咯型為主。采用化學(xué)氧化切割碳納米管制備的氧化石墨烯的微觀形貌呈現(xiàn)帶狀,寬度約為200nm。加入高錳酸鉀的量越大,氧化石墨烯納米帶的氧化程度越大,帶狀打開越大,所含氧官能團(tuán)比例越高。氧化石墨烯納米帶邊緣具有豐富的官能團(tuán),這些官能團(tuán)可以作為極化中心,有利于電磁波吸收。采用水熱法制備的氮摻雜石墨烯納米帶,具有帶狀形貌,石墨烯層間間距變大。在氮摻雜過程,氧化石墨烯納米帶被還原,邊緣的含氧官能團(tuán)大大減少。3NGNR、5NGNR、7NGNR的氮含量為3.53at%、3.76 at%、4.77 at%,氮含量越高,石墨烯晶格上的缺陷越多。將制備出的氮摻雜石墨烯、氧化石墨烯納米帶、氮摻雜氧化石墨烯納米帶與石蠟進(jìn)行混合,樣品質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%,制作內(nèi)徑為3mm、外徑為7mm、厚度在3mm左右的圓環(huán)進(jìn)行電磁性能測試,測出其電磁參數(shù),根據(jù)傳輸線理論計(jì)算出材料的損耗角正切和反射損耗。對于氮摻雜石墨烯,50NG在厚度3mm時(shí),RL-10dB的頻段為8.14-12.84GHz,有效帶寬為4.7GHz,在9.84GHz處取得最大吸收為-16.03dB。對于氧化石墨烯納米帶,5GONR在厚度為3mm時(shí),RL-10d B的頻段為9.4GHz-18GHZ,頻寬為8.6GHz,頻率為12.5GHZ有最大反射耗為-23dB。對于氮摻雜石墨烯納米帶,7NGNR在3mm厚時(shí),RL-10dB的頻段為7GHz到11GHz,頻寬為4GHz,頻率為9GHZ最大反射損耗為-45dB。與石墨烯相比,量子限域或化學(xué)摻雜制備得到的氮摻雜石墨烯和石墨烯納米帶的吸波性能大大提高,有利于制備高性能的吸波復(fù)合材料。
[Abstract]:Absorbing material is an important military stealth functional material, which is urgently needed in military and civilian applications. Graphene is a promising absorbing material because of its light weight, large specific surface area and high dielectric constant. However, the gap between energy bands of graphene is zero, and its properties are difficult to control, so its application in absorbing field is limited. The band gap of graphene can be generated by quantum confinement or chemical doping, and the doped heteroatoms can effectively adjust its electronic structure and other intrinsic properties. In this paper, the electromagnetic parameters of graphene can be controlled from three aspects: nitrogen-doped graphene, graphene nanoribbons with different degrees of oxidation and nitrogen-doped graphene nanoribbons. Nitrogen-doped graphene was prepared by hydrothermal reduction method with graphene oxide precursor and urea as nitrogen source. Nitrogen-doped graphene with different nitrogen content was prepared by adjusting the ratio of graphene oxide to urea. Graphene oxide nanoribbons were prepared by hydrothermal method. graphene oxide nanoribbons with different oxidation degrees were prepared by adjusting the ratio of carbon nanotubes to potassium permanganate. nitrogen-doped graphene nanoribbons were prepared by hydrothermal method. nitrogen-doped graphene nanoribbons were obtained by hydrothermal method. Graphene oxide is reduced simultaneously in the process of nitrogen doping. Nitrogen doping reduces the interfacial spacing of nitrogen-doped graphene oxide and stacks the lamellae. The nitrogen contents of 10 NG, 30 NG and 50 NG are 8.54 at%, 7.52 at, 7.61 at, respectively. The higher the nitrogen content of nitrogen doping, the more defects of graphene lattice. There are three types of nitrogen doping in inks, pyrrole type and graphite type. The nitrogen doping types of nitrogen-doped graphene prepared in this paper are mainly pyrrole type and pyrrole type. The larger the amount of graphene oxide nanoribbons, the greater the degree of oxidation, the greater the opening of the ribbons, and the higher the proportion of oxygen-containing functional groups. The nitrogen content of 3NGNR, 5NGNR, 7NGNR is 3.53 at%, 3.76 at%, 4.77 at%. The higher the nitrogen content, the more defects on the graphene lattice. The nitrogen-doped graphene, graphene oxide nanobelts and nitrogen-doped oxygen are prepared. The graphene nanoribbon was mixed with paraffin wax, the mass fraction of the sample was 30%, the inner diameter was 3 mm, the outer diameter was 7 mm, and the thickness was about 3 mm. The electromagnetic parameters were measured. The loss tangent and reflection loss of the material were calculated according to the transmission line theory. For graphene oxide nanoribbons, the maximum absorption is - 16.03 dB at 9.84 GHz. For graphene oxide nanoribbons with a thickness of 3 mm, the RL-10dB band is 9.4 GHz-18 GHZ, the bandwidth is 8.6 GHz, and the maximum reflection loss is - 23 dB at a frequency of 12.5 GHz. For nitrogen-doped graphene nanoribbons, the RL-10dB band with a thickness of 3 mm has a 5GONR. Compared with graphene, N-doped graphene and graphene nanoribbons prepared by quantum confinement or chemical doping have better microwave absorbing properties, which is beneficial to the preparation of high-performance microwave absorbing composites.
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TB34;TQ127.11

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本文編號(hào)：2228001