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通過水熱法合成了在低頻范圍內(nèi)具有良好電磁波吸收性能的活性炭復(fù)合材料。通過XRD,VSM,SEM和TEM分別對制備的活性炭復(fù)合材料的晶體結(jié)構(gòu),微觀結(jié)構(gòu),磁化性能,頻率依賴性電磁性能和微波吸收性能進行了表征。結(jié)果表明,復(fù)合材料的電磁波吸收性能可通過添加活性炭來調(diào)節(jié)。
如今,隨著現(xiàn)代雷達和電子設(shè)備的快速發(fā)展,人們越來越關(guān)注GHz范圍內(nèi)的電磁波吸收材料。但是,特別是今天使用的雷達的探測頻段位于S波段的低頻范圍內(nèi),許多天基雷達的工作頻率范圍迄今已擴展到1.2 GHz。此外,日常生活中使用的電子設(shè)備的輻射頻率范圍集中在低頻帶。然而,現(xiàn)有的對電磁波吸收材料的研究主要集中在2-18GHz范圍,并且這些材料的微波吸收在低頻電磁波區(qū)域中非常差,特別是在1-2GHz的范圍內(nèi)。這對于在低頻帶中具有良好吸收能力的材料的設(shè)計和開發(fā)提出了重大挑戰(zhàn)。
在以前的研究中,已經(jīng)廣泛研究了各種類型的碳材料,例如碳質(zhì)三元復(fù)合材料,石墨烯(氧化石墨烯)和碳纖維,而活性炭的微波吸收性能很少有人研究過。我們發(fā)現(xiàn)活性炭由于其結(jié)構(gòu)松散,在許多領(lǐng)域也是一種有利的載體。此外,作為一種磁性鐵氧體,F(xiàn)e 3 O 4由于其高磁損耗和居里溫度而被廣泛用于吸收電磁波。然而,磁導(dǎo)率的虛部是在純Fe 3 O 4比介電常數(shù)大得多的顆粒,這導(dǎo)致相對較差阻抗匹配。因此,活性炭結(jié)合Fe 3 O 4的顆?赡苁歉纳破潆姶挪ㄎ招阅艿挠邢M耐緩。
因此,由于其材料優(yōu)異的介電性能,在本研究中使用活性炭作為介電吸收劑載體與Fe 3 O 4納米顆粒的復(fù)合。由于其高效和方便,通過水熱法合成了所制備的活性炭復(fù)合材料,下面我們來介紹活性炭的制造方法。
活性炭與Fe 3 O 4復(fù)合材料的合成
我們通過水熱合成法制備在活性炭上涂覆Fe 3 O 4納米顆粒。使用氯化鐵六水合物加入到乙二醇中以形成澄清溶液。然后,在連續(xù)攪拌和超聲分散30分鐘的同時,將三水合乙酸鈉和不同量的活性炭連續(xù)加入上述溶液中。隨后,將所得混合溶液直接密封在特氟隆襯里的不銹鋼高壓釜中,并將溫度保持在200℃下12小時。將高壓釜冷卻至室溫后,使用磁鐵將沉淀物與溶液分離。然后,將所制備的黑色產(chǎn)物依次用蒸餾水和乙醇洗滌三次,并在50℃下干燥6小時獲得活性炭復(fù)合材料。所有化學(xué)品均為分析純,無需進一步純化即可使用,獲得了實驗材料那下面我們開始實驗吧。
實驗結(jié)果分析
使用XRD衍射儀測量活性炭復(fù)合物的晶體結(jié)構(gòu)。圖1顯示了所制備樣品的衍射圖案。在2的特征衍射峰θ= 31.24°,36.82°,44.76°,55.62°,59.30°和65.19°的與(220),(311),(400),(422),(511)和(440)Fe 3 O 4平面一致。此外,在約2峰值θ=26.20°被分配給蓬松結(jié)構(gòu)化活性炭。觀察到Fe 3 O 4衍射峰的強度隨著Fe 3 O 4納米顆粒負載量的增加而增強,并且活性炭的強度在相同的過程中減少。上述現(xiàn)象表明Fe 3 O 4納米顆?梢猿晒Φ匾肱钏山Y(jié)構(gòu)的活性炭上。
圖1:活性炭吸收復(fù)合材料的X射線衍射圖。
圖2顯示了活性炭,納米離子和活性炭的微觀結(jié)構(gòu)。結(jié)果表明,活性炭的尺寸遠大于通過水熱合成法制備納米顆粒的尺寸,活性炭的表面相對不規(guī)則。細納米顆粒呈現(xiàn)球狀結(jié)構(gòu),并且它們中的許多通過彼此凝聚而形成多孔結(jié)構(gòu)。
圖2:活性炭,活性炭復(fù)合材料,F(xiàn)e 3 O 4納米顆粒的SEM圖像與宏觀圖。
活性炭復(fù)合物的TEM圖像和相應(yīng)的元素分布示于圖5中。如圖,所制備的活性炭均接近球形,粒徑主要集中在約250nm。從圖3(b)中的HR-TEM圖像可以清楚地觀察到單個Fe 3 O 4納米顆粒的良好晶粒取向,并且該區(qū)域中的SAED圖案也顯示出Fe 3 O 4的結(jié)晶特征。如圖3(c-f)所示,其中可以清楚地觀察到復(fù)合材料由Fe,O和C元素。C的分布區(qū)域明顯大于Fe和O的相應(yīng)區(qū)域,表明鐵納米顆粒分布在活性炭的表面上。因此,結(jié)合XRD,VSM和SEM結(jié)果,我們可以得出結(jié)論,F(xiàn)e 3 O 4 納米顆粒緊密粘附在活性炭的表面上。
圖3:活性炭復(fù)合物的TEM圖像(a),HR-TEM圖像(b)和相應(yīng)的元素映射圖像(c-f)。
此外,研究了活性炭復(fù)合材料的電磁波吸收性能。圖4顯示復(fù)介電常數(shù)和導(dǎo)磁率,這些電磁參數(shù)對于確定微波吸收復(fù)合材料的介電和磁損耗非常重要,并且在吸收過程中電磁波的傳輸和反射也受它們的影響。從圖6(a)和(b)中,可以觀察到,所有樣品的介電常數(shù)的實部與增加頻率。圖6(c)和(d)顯示了磁導(dǎo)率的實部和虛部作為頻率的函數(shù)。觀察到當(dāng)活性炭的負載量低時,滲透率的實部僅略微增加。
圖4:活性炭復(fù)合材料的復(fù)磁導(dǎo)率的實部和虛部。
最后總結(jié),通過水熱合成法合成活性炭與Fe 3 O 4的復(fù)合材料,以及對活性炭材料在0.5-3 GHz的低頻帶的電磁波吸收性能也進行了研究。介電和磁損均有助于活性炭的電磁波吸收性能,F(xiàn)e 3 O 4納米顆粒在活性炭上的負載量可以改變其電磁波吸收性能。本研究提出了一種制備低頻帶性能良好的電磁波吸收復(fù)合材料的簡便方法,并提出活性炭復(fù)合材料是0.5-3 GHz低頻段電磁波吸收的有希望的候選材料。
文章標(biāo)簽:椰殼活性炭,果殼活性炭,煤質(zhì)活性炭,木質(zhì)活性炭,蜂窩活性炭,凈水活性炭.推薦資訊
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