苹果和流化焦遗态的多孔碳基材料制备及吸波性能研究

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1、博士学位论文苹果和流化焦遗态的多孔碳基材料制备及吸波性能研究APPLEANDFLUIDCOKEDERIVEDPOROUSCARBONBASEDMATERIALSANDTHEIRELECTROMAGNETICABSORPTIONPERFORMANCE刘晨宇哈尔滨工业大学2018年6月国内图书分类号：TB34学校代码:10213国际图书分类号：621.3密级：公开工学博士学位论文苹果和流化焦遗态的多孔碳基材料制备及吸波性能研究博士研究生刘晨宇导师徐用军教授申请学位工学博士学科化学工程与技术所在单位化工与化学学院答辩日期2018年7月授予学位单位

2、哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TB34U.D.C:621.3DissertationfortheDoctoralDegreeinEngineeringAPPLEANDFLUIDCOKEDERIVEDPOROUSCARBONBASEDMATERIALSANDTHEIRELECTROMAGNETICABSORPTIONPEFORMANCECandidate：ChenyuLiuSupervisor：Prof.YongjunXuAcademicDegreeAppliedfor：DoctorofEngineeringSpecialit

3、y：ChemicalEngineeringandTechnologyAffiliation：SchoolofChemistryandChemicalEngineeringDateofDefence：June,2018Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology摘要摘要电磁干扰能够影响大型设备的使用寿命，精密仪器的准确运行。以及降低生物免疫力，引起基因突变和诱发癌症等疾病，对健康造成了严重的威胁。为解决以上电磁污染问题，需要研发和应用高性能的吸波材料。遗态多孔材料以其独特的

4、结构和性能性已经受到了研究者的广泛青睐。遗态多孔结构同样具有研究潜力用于吸波材料，且目前只有少量报道。制备具有多孔结构的轻质、高性能吸波材料能够解决以往吸波材料密度大、制备过程复杂、成本高、有效吸波频段窄等问题。首先以生物质苹果为研究对象，通过化学气相沉积法制备了苹果遗态的多孔SiC材料。选取具有多孔结构的生物质为模板和碳源，通过调控工艺改变和组装所需的材质组分，制备出既具有生物质材料固有的多孔结构，又有人为赋予特性组分的高性能吸波材料。制备的多孔SiC材料具有与苹果相同的蜂窝状、相互连通的多孔结构。研究了多孔SiC的生长过程和影响因素，分

5、析了通过调控化学环境，体系中第二元SiC原位自生的生长过程。利用热力学和动力学模拟以及理论计算，研究了原子尺度下的传质过程，验证了提出的生长机制的正确性。反应物Si:C质量比为6:1时制备的具有堆垛层错结构的双元SiC材料具有明显优于其他一元SiC材料的吸波性能。多孔SiC(Si:C=6:1)的最大反射损耗值为48.8dB，有效吸波频段(RL>10dB)为14-18GHz。吸波性能的增强归因于一元SiC通过固有偶极子取向极化吸收电磁波，而堆垛层错结构的双元SiC在外加电磁场作用下产生了可损耗电磁波的电子极化和界面极化，增强吸波性能。通过对比

6、波导试样与同轴试样的吸波性能，研究发现苹果遗态相互连通的开口孔结构能够起到使电磁波难以“逃离体系”的作用，减少电磁波的反射。同时在多孔结构内部多重反射和散射的过程中电磁波能够更好地被多孔骨架的SiC组分衰减吸收，进一步增强吸波性能。得出苹果遗态的多孔结构能够有效增强吸波性能的结论后，为进一步研究多孔结构与吸波性能间的构效关系，选择流化焦为研究对象，利用化学活化法原位造孔制备流化焦遗态的多孔材料，产物呈现洋葱式的层状多孔结构。分析研究孔结构的改变对材料电磁参数和吸波性能的影响关系。通过调控多孔材料的孔结构有效地调节材料的复介电常数实部和虚部，

7、提高材料的阻抗匹配程度和衰减性能，增强吸波性能。当碱焦比为3.5:1时制备的流化焦遗态多孔碳材料的最大反射损耗为20dB，有效吸波频段为4.8-18GHz。-I-哈尔滨工业大学工学博士学位论文利用制备的流化焦遗态多孔碳材料作为多孔结构骨架，设计调控多孔骨架的材料组分。将介电材料与磁性材料复合的C/Ni复合物作为骨架材料，实现介电材料与磁性材料的耦合，制备出多孔结构和骨架组分双重效应相结合的多孔C/Ni复合物吸波材料。建立组分含量和微观结构与介电和磁性能之间的内在联系，考察结构和组分对吸波性能的影响规律并揭示吸波机理。在AFC-2.5和AFC

8、-3.5中Ni引入量分别为5%和10%，负载形貌最佳。在保证负载形貌的条件下，Ni的引入量越多则碳与镍的界面面积在单位质量内越多。在外加电磁场作用下，复合物中的电偶极矩极化弛豫效