镍钴铁氧体/石墨烯气凝胶的制备及微波吸收性能研究

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电子信息技术和通信工程的飞速发展引发电子电气设备的大规模使用,产生的电磁波辐射污染已成为当今社会重大问题,其中微波产生的污染危害最大,因此迫切需要开发轻质、高强度、频带宽的高性能微波吸收材料。石墨烯气凝胶拥有优异的物理和化学性质、独特的三维多孔结构,因而成为吸波材料的研究热点。本文研究石墨烯气凝胶的微波吸收性能,探究水热条件对石墨烯气凝胶微波吸收性能的影响。针对石墨烯气凝胶磁损耗能力弱、阻抗匹配性差的缺陷,通过引入Ni1-xCoxFe2O4铁氧体纳米粒子,平衡气凝胶的阻抗匹配,调控气凝胶的电磁参数,提升气凝胶的微波吸收性能。本文采用水热还原氧化石墨烯,冷冻干燥的方法制备石墨烯气凝胶,研究了反应工艺对石墨烯气凝胶微观形貌、电磁参数及微波吸收性能的影响。结果表明,石墨烯在气凝胶内部形成导电网络,气凝胶内部存在大量孔隙,在石墨烯片层上残留少量含氧官能团。在反应工艺为氧化石墨烯初始浓度3.0 mg/m L、水热时间12 h、水热温度180℃时,制备出的石墨烯气凝胶具有最佳的微波吸收性能,最小反射损耗值为-34.16d B。石墨烯气凝胶对微波有较强的衰减能力,其损耗机制是以电导损耗为主的介电损耗。为平衡石墨烯气凝胶的阻抗匹配,本文采用两步溶剂热—水热法合成Ni Fe2O4纳米粒子及Ni Fe2O4/石墨烯复合气凝胶,研究了水热反应工艺、纳米粒子添加量对复合气凝胶微波吸收性能的影响。研究结果表明,复合气凝胶保留了三维多孔结构,铁氧体纳米粒子均匀地分布在石墨烯片层上,并赋予复合气凝胶磁性。由水热反应时间12 h、水热反应温度160℃、纳米粒子添加量60 mg的工艺制备的Ni Fe2O4/石墨烯复合气凝胶具有最佳的微波吸收性能,最小反射损耗值为-53.47 d B。在Ni Fe2O4纳米粒子的基础上进行钴掺杂,研究了Ni1-xCoxFe2O4/石墨烯复合气凝胶的微波吸收性能。结果表明,掺杂了不同量钴的铁氧体磁性能不同,所合成的Ni1-xCoxFe2O4/石墨烯复合气凝胶微波吸收性能也不同。当铁氧体化学式中x=0.4时,复合气凝胶具有最佳的微波吸收性能,最小反射损耗为-63.00 d B,对应频率为12.72 GHz,匹配厚度为2.63 mm,在此厚度下的有效吸收带宽达到5.68 GHz。Ni1-xCoxFe2O4纳米粒子的引入增强了复合气凝胶的磁损耗,进一步平衡了阻抗匹配,有效提升了气凝胶的微波吸收性能。
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