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基于溶剂热法的钛酸钡纳米粒子可控制备及其微波吸收特性

陈强  
【摘要】:钛酸钡BaTiO_3是一种很有发展前景的吸波材料,然而其高频波段吸波效率较低,阻碍了它在电磁波吸收领域的广泛应用。本文首先采用溶剂热法,以低成本的四氯化钛(TiCl_4)和八水合氢氧化钡(Ba(OH)_2·8H_2O)作为原料,可控制备出一系列形貌不同的BaTiO_3纳米颗粒,再将制备的BaTiO_3纳米颗粒与介电常数较大的氧化石墨烯(GO)进行复合,经氩气保护煅烧得到钛酸钡/还原氧化石墨烯(BaTiO_3/RGO)纳米复合物。并系统研究了实验参数对BaTiO_3/RGO纳米复合物的电磁参数以及微波吸收特性的影响。实验结果证实,BaTiO_3/RGO纳米复合物是一种性能优异的微波吸收材料。本文的主要研究内容如下:(1)将TiCl_4溶解于乙醇中,并将Ba(OH)_2·8H_2O溶解于去离子水中,然后将TiCl_4的乙醇溶液缓慢滴入Ba(OH)_2的水溶液中,并且利用NaOH调整混合溶液的pH值,转移到反应釜中在240℃下反应24 h,得到了纯度高、粒径分布窄和规整性好BaTiO_3纳米颗粒。制备的BaTiO_3纳米颗粒为立方相结构。通过改变去离子水和乙醇的体积比来调控BaTiO_3纳米颗粒的尺寸。当水醇比为1.0、1.4、2.0和3.0时,BaTiO_3纳米颗粒的尺寸分别约为70 nm、90 nm、130 nm和180 nm。(2)将实验制备的BaTiO_3纳米颗粒和GO以一定比例混合,以乙二胺(C_2H_8N_2)和十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)作为表面活性剂,采用溶剂热法制备了 BaTiO_3/RGO纳米复合物。并用矢量网络分析仪(VNA)系统研究了原材料中GO和BaTiO_3纳米颗粒的质量比、BaTiO_3纳米颗粒的尺寸大小以及退火温度等实验参数对BaTiO_3/RGO纳米复合物电磁参数以及微波吸收特性的影响。结果表明,当原料中BaTiO_3纳米颗粒尺寸大小为70 nm且与GO质量比为7:3,并在氩气保护中600℃退火,制备的BaTiO_3/RGO纳米复合物展现了最好的微波吸收性能。当厚度为2.0 mm,BaTiO_3/RGO纳米复合物在频率为10.48 GHz处的反射损耗为-33.43 dB,且其在9.20 GHz到11.60 GHz的频段内反射损耗小于-10 dB。这主要是由于RGO的加入改善了阻抗匹配,且界面极化效应以及协同效应的共同作用使得BaTiO_3/RGO纳米复合物的微波吸收性能得到进一步增强。


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