基于球形Fe3O4核壳纳米复合材料的制备及其吸波性能的研究

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自21世纪以来,电子产品的使用越来越广泛,随之带来的电磁波污染问题也不容忽视,为了解决这一问题,科学家们对电磁波吸收材料进行了深入的研究,力求使得吸波材料向“薄、轻、宽、强”等特点改进。本文主要制备了基于以Fe304纳米材料为核,以ZnO为壳的“核·壳”材料,并依次复合聚苯胺、石墨烯,研究了它们的吸波性能。其中制备的四氧化三铁是300nm的纳米材料,其饱和磁化强度Ms大约为85.5 emu/g,矫顽力HC大约为45 Oe。当模拟厚度为5.5mm时,其最高吸收峰在频率在5.58GHz左右。通过溶胶凝胶方法合成了Fe3O4@ZnO的核壳结构,并采用SEM、EDS、XRD和红外光谱分析证实了这种结构。对其吸波分析,得知加入氧化锌后,模拟厚度为5.5mm时,其最高吸收峰出现在频率9.1GHz处,模拟厚度为3mm时,最高吸收峰出现在频率为14.SGHz处,当模拟厚度为2.5mm时,最高吸收峰出现在频率17.7GHz处。用原位复合法在Fe3O4@ZnO上生长了聚苯胺(PANI)。并通过改变苯胺的量,使得Fe3O4@ZnO的质量在Fe3O4@ZnO/PANl复合材料中所占的比依次为5%、10%、15%,研究其吸波性能。通过SEM图像可以看到,生成的聚苯胺为直径50mm左右的管状聚苯胺,Fe3O4@ZnO贯穿在这种管状结构内;XRD图表明,Fe3O4@ZnO与PANI实现了原位复合。对其吸波性能分析发现加入聚苯胺后,当Fe3O4@ZnO的质量在Fe3O4@ZnO/PANI复合材料中所占的比例为10%时,吸波强度最高,最高反射损耗在模拟厚度为3mm时,频率为15.7GHz处达到了-16.6 dB。吸波频域主要在12-18GHz的高频段。为了研究石墨烯对吸波性能的影响,通过物理混合法将Fe3O4@ZnO/PANI与石墨烯进行了物理混合,其中石墨烯的质量分数为5%。SEM图显示其形貌为薄层石墨烯上穿插了Fe3O4@ZnO/PANI结构,加入石墨烯后复合物复介电常数实部和虚部都有所增加,说明制备的石墨烯提高了复合物的导电性。
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