二元纳米粒子/纳米纤维基复合膜的制备与电磁波防护性能的研究

论文摘要

随着核工业、航空航天、现代电子科技以及探测技术的迅猛发展,包括微波电磁波、红外线和X射线等高能射线在内的电磁波在给人们带来便利的同时,也会对周围环境,精密的仪器甚至生命健康安全都产生不利的影响。因此,电磁波产生的辐射污染已经成为继噪音污染、空气污染、水污染后的第四大污染。如今,在航天、军事、医疗及农业等领域都迫切的需要能够用来防护电磁波污染的材料。因此,研制出一种具有多频段电磁波防护性能的材料可以解决人类面对的很多传统问题,具有很大的研究价值。电磁屏蔽性能要求材料要具有优异的导电性,金属材料、碳基材料和导电高分子材料等均为常见的电磁屏蔽材料。尤其是金属,具有高导电性、易加工等特点从而被广泛应用,但单一成分的金属材料普遍有易氧化、硬度小、密度大、机械性能差等缺点,限制了它的应用。而二元金属纳米粒子和纳米纤维复合可以有效地解决这些问题,既保证了金属优异的导电性又可以具有较强的力学性能,成为研究的热点。目前,该领域多在微波电磁屏蔽、X射线屏蔽等单一波段进行研究,已有丰富的研究成果,但是对同时具有多个频段电磁波防护性能的材料的开发几乎一片空白。如何利用独特的复合纳米结构得到较高电磁屏蔽性能的同时,实现多频段的电磁波的防护,是本论文的创新之处。本论文从构筑二元纳米粒子入手,通过高压静电纺丝和化学沉积相结合的技术,开展了Ni-Co/聚合物纳米纤维和Ag-WO3/聚合物纳米纤维复合膜对微波、红外、X射线的防护性能的研究:（1）通过高压静电纺丝及后处理方法得到表面长有银种子的聚丙烯腈（PAN）/聚氨酯（PU）复合纳米纤维,再用化学沉积的方法在纤维表面负载具有良好导电性和磁性的镍钴（Ni-Co）二元纳米粒子,得到了P@Ni-Co复合纳米纤维膜。结果表明,当化学沉积时间达到120 min时,电导率可达1139.6 S cm-1;纤维膜的密度为0.59 g cm-3,拉伸强度为3.52 Mpa,断裂伸长率为18.48%;在8.026.5GHz微波频率范围内EMI SE均达到68 d B以上;说明P@Ni-Co复合纳米纤维膜具有良好的微波电磁屏蔽性能。（2）为了实现更多频段的电磁波防护性能,我们想到用半导体和金属复合,其独特的结构可以实现微波和红外双波段的防护性能。W原子由于其原子序数高、密度较大的特点有利于X射线的屏蔽,因此我们选择WO3和电导率最高的Ag复合。利用化学沉积的方法使其在负载银种子的纤维膜上生长,得到P@AgWO3（P@AW）复合纳米纤维膜。其拉伸强度为4.91 MPa,断裂伸长率为19.05%,电导率为15427.9 S cm-1,密度仅为0.9681 g cm-3;在8.026.5 GHz微波频率范围内,EMI SE可以达到82.7 d B以上;热红外发射率最低可达0.25;当复合膜的厚度达到2mm时,对X射线能量的衰减率可达90%以上。二元纳米粒子/纳米纤维复合膜具有十分优异的电磁波防护性能。P@Ni-Co复合纳米纤维膜在保证了Ni-Co合金的导电性和磁性的基础上,在单一频段上获得了良好的电磁屏蔽性能。而P@AW复合纳米纤维膜实现了微波、红外线和X射线多频段的防护性能,其关键在于Ag-WO3独特的纳米结构和W原子的高密度和高原子序数。

论文目录

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 张楠

导师: 王策

关键词: 静电纺丝,纳米粒子,纳米纤维,化学沉积,多频段电磁波,独特纳米结构

来源: 吉林大学

年度: 2019

分类: 工程科技Ⅰ辑,工程科技Ⅱ辑

专业: 材料科学,环境科学与资源利用,工业通用技术及设备

单位: 吉林大学

分类号: X591;TB383.2

总页数: 100

文件大小: 5214K

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