煤基泡沫炭復(fù)合材料的制備及其吸波性能.pdf

1、隨著電磁污染的加劇及現(xiàn)代軍事的發(fā)展，亟需研究高性能的結(jié)構(gòu)型吸波材料用以滿足民用及軍事的需求。泡沫炭因獨(dú)特的三維結(jié)構(gòu)、密度輕、熱穩(wěn)定性高等特點(diǎn)而成為研究熱點(diǎn)。煤直接液化工藝是解決石油危機(jī)、煤潔凈利用的有效技術(shù)策略，但煤液化殘?jiān)?CLR)的再利用問(wèn)題影響了煤的利用率和工藝的經(jīng)濟(jì)效益。本文工作圍繞煤液化殘?jiān)嚓P(guān)原料開展，采用模板法制備泡沫炭材料并研究其電磁性能，分別考察炭化溫度、金屬鹽含量及包覆環(huán)氧樹脂等因素對(duì)材料電磁特性及吸波能力的影響。采

2、用掃描電子顯微鏡、X射線衍射和矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀等技術(shù)手段對(duì)產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)、形貌和吸波性能進(jìn)行分析評(píng)價(jià)。本論文主要研究?jī)?nèi)容和結(jié)果如下:
　　(1)以CLR的萃取物瀝青烯為碳源、聚氨酯泡沫為模板、硝酸鎳為金屬鹽制備由核殼結(jié)構(gòu)的碳包鎳納米顆粒構(gòu)筑的泡沫炭復(fù)合材料。碳包金屬納米顆粒呈球形或準(zhǔn)球形，分布均勻，粒徑約為50 nm。通過(guò)調(diào)節(jié)炭化溫度和鎳鹽含量等調(diào)控泡沫炭的電磁參數(shù)及吸波能力。當(dāng)炭化溫度為750℃，鎳與瀝青烯的質(zhì)量比為10∶100時(shí)制得

3、的產(chǎn)物Ni10@CF吸波性能最優(yōu)，當(dāng)頻率為14.3 GHz時(shí)，最大衰減為-16 dB，有效吸收頻寬超過(guò)5 GHz。對(duì)Ni10@CF復(fù)合環(huán)氧樹脂層后，樣品的最大吸波損耗提升至-18.8 dB，有效吸收帶寬超過(guò)8 GHz。
　　(2)以未經(jīng)任何化學(xué)處理的CLR為碳源采用模板法制備泡沫炭復(fù)合材料。泡沫炭較好地保持模板聚氨酯的三維結(jié)構(gòu)，孔泡直徑約為400-600μm。CLR中殘留催化劑磁黃鐵礦等組分轉(zhuǎn)變?yōu)殍F系顆粒均勻地分散于炭基體中，粒徑

4、約為1-20μm?？疾煅芯刻炕瘻囟?、鎳含量等對(duì)泡沫炭結(jié)構(gòu)及性質(zhì)的影響。樣品CF750具有適宜的阻抗匹配及衰減特性，吸波性能良好，有效吸收帶寬約為5.8 GHz。通過(guò)引入少量的鎳顆?？蛇M(jìn)一步優(yōu)化材料的電磁性能。
　　(3)泡沫炭復(fù)合材料吸波機(jī)制可推測(cè)歸納為:泡沫炭的孔泡結(jié)構(gòu)如微波暗室，利于加強(qiáng)電磁波的多重反射及增加傳輸路徑;碳包鎳及鐵系顆粒等磁性物質(zhì)提升樣品磁損耗的同時(shí)，與炭基體形成多重界面，增加界面極化及相應(yīng)的弛豫損耗;介電炭基體