發(fā)布時間：2020-08-04 12:46

【摘要】：近年來,隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展,電子設(shè)備在生物系統(tǒng)、通信安全、醫(yī)療保健、電子器件等方面的廣泛應(yīng)用帶來了許多電磁輻射污染問題。為了解決這些問題,研究并制備出高性能的電磁波吸波材料迫在眉睫。沸石咪唑酯骨架材料(ZIFs)是一類以Zn或Co為金屬源、咪唑或咪唑衍生物為有機配體在溶劑中反應(yīng)自組裝成的具有沸石骨架結(jié)構(gòu)的金屬有機框架材料(MOFs),因其具有穩(wěn)定性強、比表面積大、多孔結(jié)構(gòu)、框架多樣性等特點,則表現(xiàn)出更優(yōu)異的電磁吸收性能;同時,ZIFs的組成和結(jié)構(gòu)可調(diào)性為研究設(shè)計新型電磁波吸收材料提供了更多的可能性。石墨烯(RGO)作為一類導(dǎo)電材料,具有密度低、表面積大、缺陷多等特點,也是一類高效的電磁波吸收材料;一般情況下,將石墨烯與磁性材料進行復(fù)合制備出磁性材料/石墨烯復(fù)合材料來提高介電常數(shù)和磁導(dǎo)率的匹配程度,從而達到增強電磁波吸收的目的。本文以沸石咪唑酯骨架材料(ZIFs)和氧化石墨烯(GO)為前驅(qū)體,通過自組裝和高溫?zé)峤夥ㄖ苽涑鯶IFs衍生物與RGO的復(fù)合材料。通過調(diào)控ZIFs與GO不同摩爾比以及不同退火溫度,對復(fù)合形成的ZIFs衍生物/RGO材料進行機理分析、形貌表征與結(jié)構(gòu)表征,進而研究ZIFs衍生物/RGO復(fù)合材料的電磁波吸收性能。具體研究內(nèi)容為:(1)本課題組采用Hummers法制備氧化石墨烯,通過在高溫下煅燒得到石墨烯(RGO),對RGO進行XRD、SEM表征,并用網(wǎng)絡(luò)矢量分析儀(VNA)測試其電磁參數(shù),模擬計算石墨烯(RGO)的反射損耗(RL)值為-6.5 dB,進而來衡量其電磁波吸收性能的強弱。(2)先用Hummers法制備氧化石墨烯,然后將溶于甲醇溶液的2-甲基咪挫溶液緩慢地加入Zn(N03)2·6H20甲醇溶液中進行配位形成沸石咪唑酯骨架材料ZIF-8;再以GO和ZIF-8為前驅(qū)體,采用溶劑熱法和碳化過程(800℃煅燒)制備出 ZIF-8 衍生物 ZnO@N-C/RGO 復(fù)合材料。利用 XRD、RAMAN、XPS、SEM、TEM、TG、BET和VNA等測試儀器進行測試,對其物相、形貌、結(jié)構(gòu)和電磁波吸收性能進行表征和分析。通過調(diào)節(jié)GO和ZIF-8不同摩爾比的配比來調(diào)控ZIF-8衍生物ZnO@N-C/RGO復(fù)合材料的電磁參數(shù),進而研究ZnO@N-C/RGO復(fù)合材料的電磁波吸收性能,其最大反射損耗(RL)值為-37.12 dB,此時厚度為 3.5 mm,RL≤-10 dB 的有效吸收帶寬為 1.92 GHz(從 5.28 GHz 到 7.2 GHz)。(3)以沸石咪唑酯骨架材料ZIF-67和氧化石墨烯(GO)為前驅(qū)體,采用溶劑熱法和碳化過程制備ZIF-67衍生物/RGO復(fù)合材料;通過對GO和ZIF-67不同摩爾比的調(diào)控,使用各種測試手段分析GO占比對復(fù)合材料電磁波吸收性能的影響,進而找到GO和ZIF-67的最佳摩爾比。當(dāng)GO占比最佳摩爾比時,研究與分析在不同退火溫度(500℃、600℃和700℃)下煅燒所形成復(fù)合材料的組成成分、形貌表征與結(jié)構(gòu)表征,并探究其電磁波吸收性能。研究結(jié)果表明,ZIF-67衍生物/RGO復(fù)合材料隨著煅燒溫度的變化得到的復(fù)合物不同,造成其電磁波吸收性能不同;樣品500-3的復(fù)合物是Co3O4@N-C/RGO,樣品600-3的復(fù)合物是Co3O4/Co@N-C/RGO,樣品 700-3 的復(fù)合物是 Co@N-C/RGO;且在 600℃煅燒下得到的ZIF-67衍生物Co304/Co@N-C/RGO復(fù)合材料電磁波吸收性能是最強的,其最大反射損耗(RL)值為-43.52dB,此時厚度為2.0mm,RL≤-10dB的有效吸收帶寬可以達到4.81 GHz(從11.08 GHz到15.89 GHz)。(4)采用溶劑熱法將ZIF-67與ZIF-8按照一定比例混合制備Coo.5Zn0.5ZIF,然后以GO和Coo.5Zn0.5ZIF為前驅(qū)體制得Co0.5Zn0.5ZIF/GO復(fù)合物,最后將其經(jīng)過高溫?zé)峤獾玫紺o0.5Zn0.5ZIF衍生物與石墨烯復(fù)合材料,最終產(chǎn)物為Co/ZnO@N-C/RGO復(fù)合材料。通過調(diào)節(jié)GO和Co0.5Zn0.5ZIF的配比以及退火溫度來探究復(fù)合材料的電磁波吸收性能,最終確定最佳或最合適的前驅(qū)體比例和退火溫度,并對最終產(chǎn)物的物相、形貌、結(jié)構(gòu)和性能進行表征與分析。研究結(jié)果表明,在600℃煅燒下得到的Coo.5Zno.5ZIF衍生物Co/ZnO@N-C/RGO復(fù)合材料電磁波吸收性能最強,其最大反射損耗(RL)值高達-52.2 dB,此時厚度為3.5 mm,RL≤-10 dB的有效吸收帶寬可以達到5.6 GHz(從8.72 GHz到14.32 GHz)。
【學(xué)位授予單位】：安徽大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TB332
【圖文】：

折射、透射和吸收過程，從而使得入射電磁波的能量得到損耗。電磁波從入射到逡逑物體表面、而后進入物體內(nèi)部傳輸、并最終透過物體這一過程，會發(fā)生電磁波表逡逑面反射、內(nèi)部吸收和另側(cè)透射現(xiàn)象，如圖１－１所示。逡逑Ｘ逡逑入射波反射波逡逑透射波邋Ｉ逡逑圖１－１電磁波吸收原理示意圖逡逑Ｆｉｇ．邋１－１邋Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ邋ｄｉａｇｒａｍ邋ｏｆ邋ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ邋ｗａｖｅ邋ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ邋ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ逡逑２逡逑

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本文編號：2780570