微纳米碳铁复合材料的制备与表征

论文摘要

微米螺旋碳纤维（CMC）不仅具有普通碳纤维的高强度、低密度、耐高温、化学性质稳定等优点,而且其独特的螺线管大空腔的结构,有望用作新型雷达吸波材料。本论文采用多种方法对微米螺旋碳纤维材料进行了磁性修饰,并深入研究了其电磁吸波性能。论文中另一部分工作围绕形貌不同于微米螺旋碳纤维的新型弹簧状微纳米螺旋碳纤维的制备、结构及性能进行了系统的研究,并对其生成机理进行了初步的探讨。主要内容如下:1.论文首先对相关领域的研究工作进行总结。基于电磁基本方程、电磁参数以及电磁波平面阻抗匹配理论,在综述螺旋碳纤维、铁氧体、铁碳复合材料研究现状的基础上,提出本论文的研究内容及要解决的主要科学问题。2.采用化学气相沉积法,合成了规则的弹簧状微纳米螺旋碳纤维。系统研究了催化剂种类、助剂噻吩的用量、反应温度、反应气组成及流量等各种实验条件对产物结构的影响;在此基础上,优化了实验条件并得到形貌均一的微纳米螺旋碳纤维。基于气-液-固-固生长机理,论文从实验上对螺旋碳纤维形成进行了研究,结果表明弹簧状微纳米螺旋碳纤维与CMC具有相同的生成机理。3.选用共沉淀、高聚物保护液相合成方法和溶胶凝-胶法制备了多种形貌的铁氧体,首次用所合成的多种形貌的纳米级铁氧体和铁颗粒对活化后的微米螺旋碳纤维进行了修饰和填充,并用优化了的修饰方法和填充工艺,得到了电磁性能兼备的纳米铁氧体和纳米铁颗粒填充的螺旋碳纤维复合材料,并对其性能进行了详细研究。4.利用反胶束法制备的明胶包覆草酸亚铁颗粒作为前躯体,通过高温下氢气还原,制备了核壳式碳包铁复合微球,对其性能研究表明,这是一种具有优良电磁性能的复合材料。5.论文首次针对微米螺旋碳纤维的粒径和样品的添加比例对复合结构的电磁参数和吸波性能的影响进行了系统研究,模拟了相关添加比例的反射率曲线,为螺旋碳纤维作为雷达吸波材料的应用提供了有价值的参考数据。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 微纳米碳铁复合材料的制备和表征综述
• 1.1 吸波材料的理论基础
• 1.1.1 麦克斯韦方程组
• 1.1.2 吸波材料的表征参数
• 1.1.3 电损耗角正切与磁损耗角正切
• 1.1.4 电磁波吸收材料的电匹配特性
• 1.2 吸波材料在雷达隐身技术中的现状
• 1.2.1 螺旋状碳材料的分类
• 1.2.2 螺旋状碳材料的制备
• 1.2.3 螺旋状碳材料形态的对比与生长过程
• 1.2.4 微纳米螺旋碳材料的性质及应用
• 1.3 铁氧体的分类、制备方法及其应用
• 1.3.1 铁氧体的分类
• 1.3.2 铁氧体的制备方法
• 1.3.3 铁氧体的性能及其在吸波材料方面的应用
• 1.4 其他铁磁性材料的研究进展
• 1.4.1 磁性金属微粉
• 1.4.2 多晶铁纤维
• 1.5 碳磁性复合材料的研究进展
• 1.5.1 复合材料的分类及制备方法
• 1.5.2 碳磁性复合材料的吸波性能及应用
• 1.6 文献综述小结
• 1.7 论文的构思与设想
• 第二章 弹簧状微纳米螺旋碳纤维的制备、表征及生长机理研究
• 2.1 实验方法
• 2.1.1 催化剂的制备
• 2.1.2 单弹簧螺旋碳纤维的制备
• 2.2 结果与讨论
• 2.2.1 炉温分布曲线
• 2.2.2 温度选择对碳纤维形貌的影响
• 2.2.3 噻吩对产物结构的影响
• 2.2.4 气体流量及流速对产物结构的影响
• 2.2.5 催化剂对碳螺旋形貌的影响
• 2.3 单弹簧状碳螺旋生成机理的深入探讨
• 2.3.1 单弹簧状碳螺旋的顶端形态
• 2.3.2 弹簧状碳螺旋生长尖端的EDX 分析表征
• 2.3.3 弹簧状碳螺旋生成机理探讨
• 本章结论
• 第三章 不同形貌铁氧体的制备和表征
• 3.1 实验部分
• 3.1.1 选择共沉淀法，制备颗粒状的铁氧体复合材料
• 3.1.2 一维针状型的铁氧体复合材料的制备
• 3.1.3 六臂铁氧体材料的制备
• 3.1.4 实验药品及表征仪器
• 3.2 结果与讨论
• 3.2.1 共沉淀法的材料制备研究与表征
• 3.2.2 表征分析
• 3.3 液相合成法的一维线性铁氧体制备及表征
• 3.3.1 反应条件对产物的影响
• 3.3.2 原料量对产物的影响
• 3.4 六臂针状铁氧体的表征
• 本章结论
• 第四章 螺旋碳纤维的修饰
• 4.1 实验方法
• 4.1.1 高温氧化法实验步骤
• 4.1.2 化学氧化具体实验步骤
• 4.1.3 胶体的制备与涂覆实验步骤
• 4.1.4 溶剂热法填充实验步骤
• 4.2 结果与讨论
• 4.2.1 微米螺旋碳纤维的预处理和负载修饰路线
• 4.2.2 高温氧化法对螺旋碳材料修饰的影响
• 4.2.3 化学氧化法对螺旋碳材料修饰的影响
• 4.2.4 胶体法对螺旋碳纤维进行修饰
• 4.2.5 水溶液直接反应
• 4.2.6 溶剂热法填充
• 4.2.7 羟基氧化铁物理填充
• 4.2.8 几种修饰方法的对比总结
• 4.3 增加涂覆量的实验
• 本章结论
• 第五章 碳包铁复合材料的制备和表征
• 5.1 实验部分
• 5.1.1 药品及仪器
• 5.1.2 实验方法
• 5.2 结果与讨论
• 5.2.1 碳包铁微球的制备
• 5.2.2 碳包铁微球的XRD 图谱分析
• 5.2.3 不同明胶溶液浓度对核壳式碳包铁微球制备的影响
• 5.2.4 EDX 的分析
• 本章结论
• 第六章 螺旋碳纤维粒径对电磁参数的影响研究
• 6.1 实验步骤
• 6.1.1 样品的前处理
• 6.1.2 筛分后样品电镜观测结果与讨论
• 6.2 测试数据的筛选
• 6.3 结果与讨论
• 6.3.1 磁导率分析
• 6.3.2 相同掺混比例时，粒度对介电常数的影响
• 6.3.3 相同粒度，掺混比例对介电常数的影响
• 6.3.4 样品粒度和掺混比例对模拟反射率曲线的影响
• 本章结论
• 全文主要结论
• 参考文献
• 发表文章目录
• 致谢