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钴铁氧体/碳纳米管复合材料的水热合成与表征

陈晓芸  
【摘要】:作为化学研究与材料制备的交叉学科,碳纳米管化学在纳米科学研究领域占据了不可替代的作用。碳纳米管独特的一维纳米结构、极高的长径比、可与金刚石媲美的硬度、和良好的韧性、导电性、导热性使其广泛应用于场致电子发射、高频宽带电磁波吸收及导热、储氢和催化等多个领域。而在某些复杂环境下,高性能碳纳米管复合材料更显出其无可比拟的优越性。因此高性能碳纳米管纳米复合材料的研究作为碳纳米管的一个极为重要的应用研究方向,具有重要的基础理论研究意义。 本文的研究目标为通过水热法合成尖晶石铁氧体/MWNTs纳米复合材料,实现尖晶石铁氧体(MFe2O4)纳米颗粒对多壁碳纳米管(MWNTs)的均匀包覆,利用导电性差、磁性能优越的铁氧体纳米粒子去改善MWNTs的磁学性能与导电性能,从而达到改善阻抗匹配、增强吸波性能的目的。 本文主要工作及研究结论如下: 1)首先利用水热法成功合成CoFe_2O_4纳米颗粒,通过改变实验参数充分考察反应温度、投料比、沉淀剂及反应溶剂对合成产物物相、形貌、磁性能及电磁参数的影响。研究结果表明提高反应温度有利于增加CoFe_2O_4纳米颗粒的粒径及晶粒完整性,而NaAc代替NaOH、乙二醇/水混合溶液代替纯水溶液则能获得更小粒径的铁氧体纳米粒子,晶粒尺寸由30~100nm减至5~10nm。 2)为深入研究尖晶石结构铁氧体的电磁学性能,在水热合成CoFe_2O_4纳米颗粒的基础上,通过在反应原料中加入Zn盐和Mg盐以获得多元铁氧体,测试结果表示掺Zn和Mg有利于提高钴铁氧体的复磁导率和复介电参数。 3)在对碳纳米管进行包覆之前,先对MWNTs进行了水热氧化处理,以增加碳纳米管表面的活性中心和接枝来提高吸附包覆效果。利用FTIR对水热氧化MWNTs进行含氧量测定,发现水热氧化处理后的MWNTs表面接枝有大量的羧基(-COOH)和羟基(-OH)。 4 )在CoFe_2O_4的水热合成反应中引入水热氧化MWNTs ,成功制备CoFe_2O_4/MWNTs纳米复合材料,表征结果显示在乙二醇/水混合溶剂中以醋酸钠NaAc作为沉淀剂,CoFe_2O_4/纳米颗粒对MWNTs有着很好的包覆,而且复合材料具有较为均衡的复介电常数与复磁导率,阻抗匹配得到了很大改善。 5)本文最后将铁氧体/MWNTs纳米复合材料利用PD-9B丙烯酸乳液于铝板表面形成涂层,从电磁波反射率测试结果可知Zn_(0.5)Co_(0.5)Fe_2O_4/MWNTs复合材料具有较好的吸波性能。


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