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聚苯胺纤维/Li-Zn铁氧体复合材料的制备与电磁性能研究

姚田甜  
【摘要】:“厚度薄、质量轻、频带宽、吸收强”的高性能吸波材料长期以来一直是电磁屏蔽和隐身技术领域的研究重点。与传统的单组分吸波材料相比,有机/无机复合吸波材料兼备多种电磁波损耗方式与材料性能优势,是近年来的研究热点之一。目前研究多为核壳结构复合材料,但该结构中壳层对核层存在屏蔽作用。为充分发挥各组分的吸波性能,本文设计制备了一种纤维接枝结构聚苯胺纤维/锂锌铁氧体复合材料(PANI fiber/LZFO)。具体研究工作与结果如下。首先,采用溶胶-凝胶法制备了尖晶石型锂锌铁氧体(Li_(0.35)Zn_(0.3)Fe_(2.35)O_4),并通过原位界面聚合法分别在盐酸、硫酸、硝酸掺杂条件下制备了PANI fiber/LZFO复合材料,着重对比与研究三种复合材料的组成结构、微观形貌、电磁及吸波性能。结果表明:以HCl为掺杂剂时,PANI fiber/LZFO复合材料的纤维接枝结构清晰,其PANI纤维长径比最大(直径约为75~90nm,长度约为710~800nm),同时吸波性能相较于传统核壳包覆结构更好,有效吸收频宽可达到5.62GHz,且最大反射损耗可由-21.4dB增至-45.3dB。其次,采用不同浓度盐酸掺杂制备PANI fiber/LZFO复合材料,研究其对复合材料微观形貌、电磁性能的影响,进一步探究复合材料的聚合生长机理与吸波机理。结果表明:复合过程中PANI纤维在铁氧体表面按树枝状生长机制进行接枝聚合;复合材料的磁损耗值随盐酸浓度增大而增大,而介电损耗值则随盐酸浓度增大而减小;当盐酸浓度为1.5mol/L时,可制得兼具良好纤维接枝结构和优良吸波性能的PANI fiber/LZFO复合材料,其反射损耗在17.4GHz处最大为-51.3dB,有效吸收频宽可达5.88GHz。最后,通过调整苯胺单体与铁氧体复合配比(An:LZFO),研究各组分对PANI fiber/LZFO复合材料微观形貌、结构以及电磁性能的影响规律,优化其制备工艺参数。结果表明:PANI fiber/LZFO复合材料的纤维接枝结构可引入多种新的损耗机制,有利于吸波性能的提升,并且其吸波性能不仅可通过改变An:LZFO配比进行优化,还能通过改变吸收层厚进行调整,其中当An:LZFO为1:10时,PANI fiber/LZFO复合材料电磁及吸波性能最佳。


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