多孔碳/金属纳米复合材料的制备及电磁性能研究

论文摘要

现代军事和电子工业的发展要求新型吸波材料向“薄、轻、宽、强”方向发展。而当前纳米材料和多孔材料的前沿研究为新型吸波材料的设计和制备提供了新的思路和途径。可以设想以多孔材料为模板,人为引入或组装吸波所需的材质和成分,可以设计和研制具有结构和材质耦合吸波效果的复合材料。基于上述学术思想,本研究选用天然多孔材料——活性炭粉末为模板,通过引入具有催化碳纳米结构形成、生长的金属无机物先驱体,以活性炭中的无定形碳为碳源,控制金属先驱体与无定形碳化学耦合过程,制备出具有分级多孔和碳/金属纳米结构的功能复合材料。利用热失重分析法和X射线衍射法分析制备过程的成分和变化;运用透射电镜研究碳纳米结构的组织和形貌;运用氮吸附法表征纳米孔结构;利用同轴法测定石蜡基复合材料在218GHz下的电磁参数;利用弓形法测量环氧树脂基复合材料在218GHz下的电磁波反射率。主要结论如下:研究结果表明,C/Fe纳米复合材料遗传保留了原基体材料中的纳米多孔结构,同时在无定形碳基体中形成包裹纳米铁金属颗粒的碳纳米带。当处理温度在7001000°C时,包裹纳米铁颗粒的碳纳米带结构随处理温度升高而更发达。这种C/Fe纳米复合结构的形成机制符合过渡金属对无定形碳催化形成碳纳米结构的“溶解-析出”模型。C/Fe纳米复合材料的电磁性能与复合材料的多孔结构和碳/铁纳米结构相关联,可通过制备工艺控制。处理温度在7001000°C时,C/Fe纳米复合材料的介电常数实部和虚部值均随着处理温度的升高而增大,而磁导率的变化很小。C/Fe纳米复合材料的吸波性能与制备工艺、组织结构和在基体中的含量、分散相关。随处理温度的提高,无定形碳石墨化和碳/金属纳米结构的形成提高了复合材料的介电常数实部和介电损耗,扩宽了低反射率的频率范围,但阻抗匹配不佳。而多层吸波体设计能够优化复合材料与空气阻抗匹配,使更多电磁波进入材料内部,拓宽复合材料的吸收频宽范围,并且使吸收峰值更大。本文对新型吸波材料的研制进行了有益的探索,为新型吸波材料的研制和相关领域的应用提供了理论设计依据和实用途径。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 电磁波吸收理论基础
• 1.2.1 材料与电磁波的相互作用规律
• 1.2.2 电磁波的反射与折射
• 1.2.3 电磁波吸收原理
• 1.3 电磁屏蔽材料的研究
• 1.4 电磁波吸波材料的研究
• 1.4.1 电损耗型吸波材料
• 1.4.2 电磁损耗型吸波材料
• 1.4.3 新型吸波材料
• 1.5 选题意义及研究内容
• 1.5.1 选题意义及研究目的
• 1.5.2 研究内容及路线
• 参考文献
• 第二章 多孔碳/金属纳米复合材料的制备及表征
• 2.1 引言
• 2.2 多孔碳/金属纳米复合材料的制备
• 2.2.1 商用活性炭的选取和预处理
• 2.2.2 高温处理工艺的调控及优化
• 2.3 多孔碳/金属纳米复合材料的表征
• 2.3.1 微观组织表征
• 2.3.2 性能表征
• 2.4 本章小结
• 参考文献
• 第三章 多孔碳/金属纳米复合材料的微观组织研究
• 3.1 引言
• 3.2 多孔碳/金属纳米复合材料的微观组织研究
• 3.2.1 多孔碳/金属纳米结构的形成研究
• 3.2.2 多孔碳/金属纳米孔结构研究
• 3.2.3 多孔碳/金属纳米结构的生长机制
• 3.3 本章小结
• 参考文献
• 第四章 多孔碳/金属纳米复合材料电磁波吸收特性研究
• 4.1 引言
• 4.2 实验方法
• 4.2.1 电磁参数测试
• 4.2.2 反射率测量
• 4.2.3 吸波性能数值理论分析
• 4.3 多孔碳/金属纳米复合材料电磁性能研究
• 4.4 多孔碳/金属纳米复合材料吸波性能研究
• 4.4.1 多孔碳/金属纳米复合材料制备单层吸波材料
• 4.4.2 多孔碳/金属纳米复合材料制备多层吸波材料
• 4.5 本章小结
• 参考文献
• 第五章 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 致谢
• 攻读硕士期间发表论文