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石墨烯/FeSiAl复合材料的制备及吸波性能研究

郭宇鹏  
【摘要】:随着电子设备及通讯设施在工业、商业和军事领域的广泛应用,在满足人们需要的同时,大量的电磁波辐射也造成了电磁污染、电磁干扰、泄密等棘手问题,使得研究吸波性能优异的材料具有迫切的现实需要。将石墨烯与磁性金属粉进行复合,能有效改善纯石墨烯阻抗匹配特性差的特点,并能兼具磁损耗与电损耗,是一种有效的提高吸波性能的方法。本文采用水热法制备出石墨烯/Fe_3O_4/FeSiAl复合材料,热分解法制备出石墨烯/FeSiAl复合材料。并通过XRD、SEM、Raman、FTIR和矢量网络分析仪(VNA)对复合材料的晶相、微观形貌和吸波性能进行了表征和分析,结果表明:通过水热还原,氧化石墨烯还原成石墨烯,并且生成的石墨烯及Fe_3O_4颗粒均匀包覆在FeSiAl片状磁粉上,这种片状和颗粒状不同结构的复合,制备出了兼具磁损耗和介电损耗的吸波材料。在0.2~2.66 GHz频段内,当氧化石墨烯和FeSiAl的质量比为1:9,相应匹配厚度为2 mm时,石墨烯/Fe_3O_4/FeSiAl复合材料在2.56 GHz处最小反射率可达到-17 dB,其有效吸收频带范围(反射率小于-10 dB)为2.27~2.66 GHz。随着氧化石墨烯与FeSiAl质量比的增加,石墨烯/Fe_3O_4/FeSiAl复合材料的有效吸收频带向高频移动,有助于吸波材料在高频段的应用。当氧化石墨烯水溶液以0.0055 g/ml的质量浓度与FeSiAl片状磁粉超声共混时,相应匹配厚度为2 mm时,水热法制备出的石墨烯/Fe_3O_4/FeSiAl复合材料在2.70 GHz处最小反射率可达到-44.12 dB,其有效吸收频带范围(反射率小于-10 dB)为2.45~2.88 GHz。通过热分解,氧化石墨烯还原成石墨烯,并且生成的石墨烯包覆在FeSiAl片状磁粉上。在0.2~2.88 GHz频段内,当氧化石墨烯和FeSiAl的质量比为3:7,相应匹配厚度为2 mm时,石墨烯/FeSiAl复合材料在2.66 GHz处最小反射率可达到-18.73 dB,其有效吸收频带范围(反射率小于-10 dB)为2.45~2.84 GHz。当氧化石墨烯水溶液以0.0055 g/ml的质量浓度与FeSiAl片状磁粉超声共混时,相应匹配厚度为2 mm时,热分解法制备出的石墨烯/FeSiAl复合材料在2.52 GHz处最小反射率可达到-39.22 dB,其有效吸收频带范围(反射率小于-10 dB)为2.10~2.81GHz。


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