C(碳)基多孔材料的制备及吸波性能研究

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:liyin900101
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本文将多孔结构引入碳基材料,并将制备的碳基多孔材料用于吸波领域。该设计的目的是希望多孔的结构能够降低材料本身的密度并改善材料本身的阻抗匹配,同时能够引起进入材料的电磁波的多重散射,旨在获得适用于多个实际领域的优异吸波材料。主要制备了包括三维有序空心碳材料、多孔氮化硼/纳米碳复合材料和原生木材模板三维有序碳基(Fe/C)多孔材料在内的共三种不同的碳基多孔材料,所获得的材料均为具有轻质、薄厚度、宽吸收频带和强吸收特性的优异吸波材料。采用SiO2球硬模板法设计合成了一种具有类蜂窝结构的三维有序空心碳(3DOHC),碳壁具有丰富的孔径并且厚度仅仅为数十纳米,晶体结构为无定形的非晶碳。通过调节用做模板的SiO2球粒径可以有效地调节孔径大小来实现结构调控,模板去除后的多孔结构也可以有效降低3DOHC材料的密度,并且材料具有较高的比表面积。与此同时,所获得的3DOHC材料具有了一定的介电性能并具备优秀的阻抗匹配,材料本身的规则空心结构也可以提高多重反射。经测试确认获得的3DOHC材料具有优异的吸波性能,同时在制备吸波体的时候仅仅需要很小的添加量(5 wt.%)。多孔氮化硼/碳纳米复合材料(包括BN@CNTs(碳纳米管)和BN/MG(多层石墨烯微片))的合成主要包括前驱体的合成和热处理两个过程。所合成的前驱体的形貌直接决定了最终产物的形貌,最终产物由乱层的非晶BN微米棒和包覆在微米棒表面的CNTs或分布在棒与棒之间的MG构成。复合材料具有高比表面积和低密度的特性,并且可以通过调节最终产物中多孔BN的量来调节复合材料的密度和比表面积。对复合材料进行了吸波性能的测试,结果显示出优异的阻抗匹配,并存在多重反射,表明该复合材料是一种优异的轻质吸波材料。除此之外,详细地研究了不同前驱体的分解过程,结果显示出纯多孔BN和复合材料的前驱体分解过程接近一致,证明了该复合材料形貌可控调节的可行性,同时为将该多孔BN与其他材料的复合设计提供了一种新的思路。使用原生木材模板法来设计合成了一种规则有序的三维有序碳基(Fe/C)多孔材料,该材料由几微米厚的碳壁相连,并分割开来一个个边长为几十微米的通道,铁及其化合物(铁氧化物和铁碳熔融物)则分布在具有丰富孔隙率的碳壁中。所获得三维有序碳基(Fe/C)多孔材料拥有了一定的介电性能并具备优秀的阻抗匹配,同时还因为Fe的引入带来了磁损耗机制,规则有序的通道结构也可引起多重反射,因此经测试该材料具备了较好的吸波性能。吸波性能提高的原因在于,Fe的引入被证明有效地带来了磁损耗机制,同时还有促进碳壁的石墨化程度的作用。
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