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聚苯胺/磁性颗粒复合材料微波吸收性能及机理研究

作　者: 何枝富
导　师: 庞华
学　校: 兰州大学
专　业: 凝聚态物理
关键词: 聚苯胺原位化学聚合法电导率复磁导率复介电常数反射损耗吸收干涉相消复厚度
分类号: TB383.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

聚苯胺(Polyaniline,PANI)是一种导电高分子材料,具有独特的光、电、磁特性,己成为新型功能材料的关注热点。将PANI与磁性组分相复合,可以获得多功能复合材料,拓宽聚苯胺应用领域。金属氧化物或金属铁磁材料与导电聚苯胺的复合,既可以其实现电、磁功能的复合,又可以通过调节各组分的组成和结构而实现对复合材料电、磁性能的调控,提高材料的吸波性能。为了提高复合材料的电、磁性能,我们以高饱和磁化强度羰基铁微粉(CIP)为磁性相,采用原位化学聚合法合成复合物PANI/CIP。研究发现,当CIP含量较低时,复合物主要以电损耗为主；增加CIP的含量,磁损耗逐渐占优势。改变CIP的含量,复合材料的介电常数与磁导率都发生变化。改变掺杂酸浓度对复合材料介电常数的影响很明显。研究表明,可以通过调控掺杂酸浓度以及无机磁性相的含量来调节复合物的电磁性能,从而提高阻抗匹配,增强反射损耗吸收。采用原位化学聚合法,以Fe3O4纳米颗粒(油酸包覆)为软模板,过硫酸胺(APS)为氧化剂,盐酸(HCl)为掺杂酸,合成了复合物PANI/Fe3O4。研究发现,通过适当调控质量百分比[Fe3O4]/[ANI]和摩尔比[HCl]/[ANI]能很好调节复合物PANI/Fe3O4的复介电常数,而适当的介电常数有利于提高微波吸收性能。而复合材料的介电损耗机制可以用德拜驰豫模型很好地描述。通过简单机械研磨法将功能互补的两种复合物PANI/Fe3O4和PANI/CIP按一定质量比[PANI/CIP]/[PANI/Fe3O4](如：7/3、5/5)混合得到PANI/CIP/Fe3O4复合物。研究发现,其吸波性能明显优于两种复合物组元,主要原因是混合后阻抗匹配进一步提高。为了研究复合物的吸波机理,我们提出了复厚度dA*(dA*=dA(?)-idA(?))的概念,实部表示材料对微波吸收的有效厚度,虚部定性的表示材料阻抗匹配程度。用这种方法我们研究了PANI/α-Fe,,α-Fe/paraffin和PANI/α-Fe/paraffin复合物吸波机理。发现复合物PANI/α-Fe和PANI/α-Fe/paraffin的吸波性能可以用RL(dA(?))～f曲线很好地描述,其良好的宽频吸收特性源于材料良好的阻抗匹配,而吸收峰极值源于电磁波在材料表面的干涉相消以及同时发生在材料内部对电磁波的吸收。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
第一章前言  9-20
  1.1 导电聚合物简介  9-10
  1.2 聚苯胺  10-13
    1.2.1 聚苯胺研究概况  10
    1.2.2 导电聚苯胺合成方法  10-11
    1.2.3 聚苯胺分子结构以及质子掺杂机理  11-13
  1.3 聚苯胺复合材料的制备及应用  13-17
    1.3.1 聚苯胺/无机物复合材料  13-14
    1.3.2 聚苯胺/有机物复合材料  14-15
    1.3.3 基于聚苯胺的电磁屏蔽(EMI)和隐身材料复合材料  15-17
  1.4 本文的选题思路  17-18
  参考文献  18-20
第二章复合物PANI/p-TSA和PANI/CIP吸波性能研究  20-36
  2.1 概述  20
  2.2 实验部分  20-22
    2.2.1 实验试剂  20
    2.2.2 实验仪器  20-21
    2.2.3 实验步骤  21-22
    2.2.4 主要表征手段  22
  2.3 结果与讨论  22-34
    2.3.1 PANI/p-TSA电导率与掺杂酸浓度的关系  22-23
    2.3.2 PANI/p-TSA吸波性能与掺杂酸浓度的关系  23-25
    2.3.3 不同掺杂酸浓度复合物PANI/CIP的SEM、XRD、VSM表征  25-27
    2.3.4 不同掺杂酸浓度复合物PANI/CIP的吸波性能研究  27-29
    2.3.5 不同CIP含量复合物PANI/CIP的电导率  29
    2.3.6 不同CIP含量复合物PANI/CIP的XRD和VSM表征  29-31
    2.3.7 不同CIP含量复合物PANI/CIP的吸波性能研究  31-34
  2.4 本章小结  34-35
  参考文献  35-36
第三章 PANI/Fe_3O_4纳米颗粒复合材料的吸波性能  36-48
  3.1 概述  36
  3.2 实验部分  36-38
    3.2.1 实验试剂  36
    3.2.2 实验仪器  36-37
    3.2.3 实验步骤  37
    3.2.4 主要表征手段  37-38
  3.3 结果与讨论  38-46
    3.3.1 PANI/HCl、PANI/Fe_3O_4、Fe_3O_4纳米颗粒形貌表征  38-39
    3.3.2 PANI/HCl、PANI/Fe_3O_4、Fe_3O_4纳米颗粒结构表征  39-40
    3.3.3 PANI/HCl、PANI/Fe_3O_4、Fe_3O_4纳米颗粒静态磁性表征  40-41
    3.3.4 PANI/Fe_3O_4复合物动态电磁特性以及相应反射损耗吸收  41-44
    3.3.5 不同掺杂酸浓度复合物PANI/Fe_3O_4吸波性能研究  44-46
  3.4 本章小结  46-47
  参考文献  47-48
第四章 PANI/CIP/Fe_3O_4复合材料微波吸收性能研究  48-58
  4.1 概述  48
  4.2 实验部分  48-50
    4.2.1 实验试剂  48-49
    4.2.2 实验仪器  49
    4.2.3 实验步骤  49
    4.2.4 主要表征手段  49-50
  4.3 结果与讨论  50-56
    4.3.1 PANI/CIP、PANI/Fe_3O_4、PANI/CIP/Fe_3O_4形貌和结构表征  50-51
    4.3.2 PANI、PANI/CIP、PANI/Fe_3O_4、PANI/CIP/Fe_3O_4红外表征  51-52
    4.3.3 PANI/CIP、PANI/Fe_3O_4、PANI/CIP/Fe_3O_4静态磁性表征  52
    4.3.4 样品SA、SB、SC动态电磁特性  52-54
    4.3.5 样品SA、SB、SC介电损耗机制  54
    4.3.6 样品SA、SB、SC反射损耗吸收  54-55
    4.3.7 样品SA、SB、SC损耗角正切和衰减常数  55-56
  4.4 本章小结  56-57
  参考文献  57-58
第五章复合物PANI/α-Fe吸波性能以及机理研究  58-69
  5.1 概述  58
  5.2 实验部分  58-60
    5.2.1 实验试剂  58
    5.2.2 实验仪器  58-59
    5.2.3 实验步骤  59
    5.2.4 主要表征手段  59-60
  5.3 结果与讨论  60-67
    5.3.1 纯α-Fe、PANI/α-Fe、PANI/p-TSA形貌和结构表征  60-61
    5.3.2 纯α-Fe、PANI/α-Fe、PANI/p-TSA静态磁性表征  61-62
    5.3.3 样品SA、SB、SC动态电磁特性  62-63
    5.3.4 样品SA、SB、SC反射损耗吸收  63-64
    5.3.5 样品SA、SB、SC吸波机理研究  64-67
  5.4 本章小结  67-68
  参考文献  68-69
第六章总结  69-70
硕士期间发表论文情况  70-71
致谢  71

聚苯胺/磁性颗粒复合材料微波吸收性能及机理研究

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