锶铁氧体包覆CNTs复合材料的制备及性能研究

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纳米材料由于小尺寸效应、表面效应、量子尺寸效应等,产生新的吸波途径,增强了对电磁波的吸收;同时兼有频带宽、兼容性好、厚度薄等特点,成为研究的主导方向。由于特殊的结构和介电性能,CNTs表现出较强的宽带微波吸收性能,且其质量轻、导电性可调、高温抗氧化性能强和稳定性好,是一种有前途的微波吸收剂。铁氧体属于磁介质型吸波材料,具有较高的磁损耗角正切和良好的微波吸收特性。本论文选用综合磁性能优良的锶铁氧体与CNTs进行复合。首先用溶胶-凝胶法制备了不同Fe/Sr摩尔比的锶铁氧体粒子,然后对原始CNTs进行酸化改性处理,考察了预处理温度、不同氧化剂对改性效果的影响,并将改性效果较好的CNTs与磁性能优异的锶铁氧体粒子用原位-溶胶凝胶法复合。研究了超声、陈化时间,改性条件、CNTs含量、反应温度对复合材料制备的影响及复合材料的磁性能和吸波性能,并与自蔓延燃烧样品的性能进行了对比。通过FT-IR、TEM、XRD、SEM、VSM和网络分析仪表征发现:(1)用溶胶-凝胶法制备的锶铁氧体为球状纳米粒子、粒度均匀、形貌规则、粒径分布窄、矫顽力大,且为单一相的M磁铅石型锶铁氧体。(2)焙烧温度为520℃,混酸(V浓HNO3:V浓H2SO4=1:3)改性的CNTs变得更加纯净光滑,杂质颗粒和缠结行为明显减少,其表面引入了大量的-OH、-C=O、-COOH等活性基团;(3)采用原位-溶胶凝胶法制备的复合材料中,锶铁氧体粒子由规则的圆球形变为椭球型,锶铁氧体粒子沿着CNTs的管状结构排列,复合材料的综合磁性能比纯锶铁氧体有所提高;(4)当超声、陈化时间为30h、CNTs含量为9%、反应温度为50℃时,制备的复合材料结构规整,锶铁氧体纳米粒子对CNTs的包覆均匀致密、排列相对有序,且综合磁性能最佳、吸波性能优良。(5)自蔓延燃烧样品的形貌较差、磁性能和吸波性能较低;原位-溶胶凝胶法制备的样品形貌规整,磁性能和吸波性能均优于自蔓延燃烧样品。
摘要第4-5页
Abstract第5-6页
1 绪论第9-29页
    1.1 吸波材料第9-13页
        1.1.1 吸波材料概述和分类第9-10页
        1.1.2 吸波材料的损耗机制和特性第10-12页
        1.1.3 吸波材料的发展现状第12-13页
    1.2 纳米材料第13-15页
        1.2.1 纳米材料的概念和分类第13-14页
        1.2.2 纳米材料的特性第14-15页
    1.3 CNTs 的结构和性能第15-23页
        1.3.1 CNTs 的基本结构第16-19页
        1.3.2 CNTs 的性能第19-21页
        1.3.3 CNTs 在雷达吸波材料方面的研究进展第21-22页
        1.3.4 CNTs 的纯化方法第22-23页
    1.4 铁氧体第23-26页
        1.4.1 铁氧体种类及用途第23-24页
        1.4.2 磁铅石型铁氧体的磁性特征第24-26页
    1.5 金属及其氧化物包覆CNTs 复合材料的制备方法第26-27页
    1.6 本论文的选题意义和主要研究内容第27-29页
        1.6.1 论文选题意义第27页
        1.6.2 本论文的主要研究内容第27-29页
2 实验药品及仪器设备第29-34页
    2.1 实验药品第29-30页
    2.2 实验仪器第30页
    2.3 样品的表征手段及条件第30-34页
        2.3.1 X 射线衍射分析(XRD)第30-31页
        2.3.2 透射电子显微镜(TEM)第31页
        2.3.3 红外吸收光谱(FT-IR)第31页
        2.3.4 磁性能的测定(VSM)第31-33页
        2.3.5 扫描电子显微镜(SEM)第33页
        2.3.6 网络分析仪第33-34页
3 CNTs 的改性及复合材料的制备和表征第34-64页
    3.1 CNTs 的纯化改性及表征第34-39页
        3.1.1 CNTs 的纯化改性第34-35页
        3.1.2 CNTs 的表征第35-39页
    3.2 锶铁氧体粒子的制备及表征第39-42页
        3.2.1 锶铁氧体粒子的制备第39-40页
        3.2.2 锶铁氧体粒子的表征第40-42页
    3.3 锶铁氧体-CNTs 复合材料的制备及表征第42-56页
        3.3.1 不同超声、陈化时间对样品制备的影响第42-47页
        3.3.2 不同改性条件对样品制备的影响第47-49页
        3.3.3 不同CNTs 含量对样品制备的影响第49-54页
        3.3.4 不同反应温度对样品制备的影响第54-56页
    3.4 自蔓延燃烧样品与原位-溶胶凝胶法制备样品的比较第56-58页
        3.4.1 样品的制备第56-57页
        3.4.2 样品的TEM 图第57页
        3.4.3 样品的R/f 曲线图第57-58页
        3.4.4 样品的VSM 图第58页
    3.5 样品的吸波性能测试第58-64页
        3.5.1 样品的制备第58-59页
        3.5.2 样品的TEM 图第59-60页
        3.5.3 样品的R/f 曲线图第60-61页
        3.5.4 样品的电磁参数图第61-64页
4 结论第64-65页
参考文献第65-71页
攻读硕士学位期间所取得的研究成果第71-72页
致谢第72页
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